Граница эоцена и олигоцена была одним из наиболее явных климатических явлений кайнозойской эры, ознаменовавшим резкий переход от «тепличного» к «ледниковому» миру 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , Это событие также характеризует один из крупнейших оборотов и вымираний фауны млекопитающих, названный Grande Coupure в Европе 4 , 9 , В Азии Мэн и МакКенна 5 проверил записи окаменелостей с десятков участков в Монголии и северном Китае, в результате чего была получена сводная запись об обороте фауны под названием «Монгольское ремоделирование». В дополнение к резким изменениям в фауне млекопитающих, климатические изменения были также выявлены в пределах эоцен-олигоценовой границы 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , Однако на местах все еще отсутствуют междисциплинарные исследования флоры, фауны и климата, сосредоточенные на одном и том же участке в Азии. Здесь мы представляем данные о млекопитающих, растительности и климате из палеогеновых отложений, которые показывают синхронную смену флоры, фауны и климата на границе эоцена и олигоцена.
Наш учебный полигон находится в бассейне реки Джунггар на северо-западе Китая. Этот бассейн расположен между Алтайскими горами на севере и горами Тяньшань на юге ( Рис. 1а ). Наш участок находится в Кезилетогайи (47 ° 50′26 ″ с.ш., 86 ° 40′45 ″ в.д., 520 м над уровнем моря), рядом с рекой Эртикс ( Рис. 1б ). В отложениях палеогена встречаются окаменелости млекопитающих позднего эоцена и раннего олигоцена 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , Однако до настоящего времени на этом участке не было изучено изменений в растительности и климатических изменениях эоцен-олигоценовой границы.
Рисунок 1: Карта, показывающая бассейн Джунгара и местонахождение изучаемого участка в Китае.
(а) Расположение бассейна Джунггар. (б), Геологическая карта и расположение участка Кезилетогайи. (Карты были созданы Jimin Sun с использованием программного обеспечения Canvas 8.0.2).
Для того чтобы понять изменения на месте цветочных, фаунистических и климатических изменений, мы собрали несколько образцов, сосредоточив внимание на средней и верхней частях разреза Keziletuogayi ( Рис. 2а ). В общем, осадочные фации речны к озерному; в нижней части преобладают ярко-коричневые песчаники / алевролиты с интеркалированными белыми поперечными песчаниками, а в верхней части - светло-желтые песчаники / алевролиты ( Рис. 2б ). Ориентированные образцы были собраны для исследований палеомагнитной полярности и объемные образцы для анализа палеовегетационных и климатических изменений.
Рисунок 2: Литология и магнитостратиграфия участка Кезилетогайи.
(а), литология раздела. (б), фотография, показывающая границу (обозначенную красной стрелкой) слоев позднего эоцена и раннего олигоцена. (в) зоны магнитостратиграфии и окаменелостей млекопитающих (от А1 до А3) разреза Кезилетогайи. (Фотография была сделана Jimin Sun).
Хронология изучаемого разреза основана как на новых магнитостратиграфических данных ( Дополнительная таблица 1 ) и биостратиграфический контроль возраста ( Рис. 2с ). Во-первых, на основе предыдущих палеонтологических исследований вместе с нашими недавно обнаруженными окаменелостями млекопитающих ( Дополнительная таблица 2 ), три сообщества млекопитающих (от А1 до А3) были идентифицированы 15 , 17 , 18 , Эти сообщества млекопитающих хорошо коррелируют с возрастом наземных млекопитающих в Азии и Европе 16 , 17 , 18 , Среди них A3 соответствует эпохе позднего эоцена улангочуань (китайские млекопитающие Земли, CLMA), а A2 и A1 соответствуют эпохе раннего олигоцена уланталя ( Рис. 3а ). С помощью вышеуказанного биостратиграфического контроля возраста измеренная палеомагнитная полярность разреза может быть хорошо коррелирована с геологической шкалой времени 2004 года (GTS 2004, Gradstein et al. 20 ), который охватывает полярные хроны от верхнего C16n.2n до нижнего C12r и охватывает диапазон времени 36–33 млн. лет назад ( Рис. 2с ).
Рисунок 3: Записи фауны и флоры от последнего эоцена до раннего олигоцена в разрезе Кезилетогайи.
(а), фауны млекопитающих в разрезе, отмечая отчетливую смену млекопитающих через эоцен-олигоценовую границу, CLMA: эпохи китайских наземных млекопитающих; ALMA: азиатские наземные млекопитающие. (б) Растительность изменилась от леса к лесостепной среде после начала олигоцена.
Окаменелости млекопитающих из A3 состоят как из периссодактильных млекопитающих большого размера, так и из недавно обнаруженных мелких окаменелостей млекопитающих, но среди них преобладают гигантские периссодактильные млекопитающие ( Рис. 3а ). Эта сборка аналогична фауне эргилин Монголии 5 , 17 , который имеет самый поздний эоценовый возраст. В отличие от окаменелостей млекопитающих A3, в ископаемых сообществах A1 и A2 преобладают мелкие грызуны и лагоморфы ( Рис. 3а ), сравнимые с фауной ранней сандаголской фауны Монголии 18 , 21 , 22 , 23 , что говорит о раннем олигоценовом возрасте. Таким образом, окаменелости млекопитающих этого разреза обнаруживают отчетливую картину смены фауны, характеризующуюся переходом от позднего эоцена, гигантской периссодактиль-доминантной фауны к раннему олигоцену, мелкой фауны с доминированием грызунов / лагоморф ( Рис. 3а ).
Вегетационные изменения в сечении были реконструированы с помощью анализа пыльцы ( Дополнительная таблица 3 ). Наши результаты указывают на два различных типа растительности на границе эоцена и олигоцена ( Рис. 3б ). В позднеэоценовой наземной флоре преобладали широколиственные виды Betulaepollenites, Quercoidites, Ulmipollenites, Juglanspollenites и хвойные виды Piceaepollenites, Pinuspollenites, Abiespollenites и Podocarpidites , тогда как травяные таксоны занимали менее 7% ( Рис. 3б ). Тип растительности в позднем эоцене представлял собой смешанный хвойно-широколиственный лес. Однако произошло заметное изменение пыльцы, переходящей в ранний олигоцен ( Рис. 3б ). Пыльцевая флора раннего олигоцена характеризуется резким увеличением таксонов трав, включая Artemisiaepollenites, Chenopodipollis, Graminidites, эфедрипиты, Rosapollenites, Compositoipollenites и другие виды трав, тогда как древесные виды юглансполленитов, кверкоидитов и подокарпидитов в значительной степени уменьшаются, окружающая среда с открытыми лугами.
Дальнейший анализ видов пыльцы может использоваться для определения изменений температуры и засушливости. Относительно высокий процент мезотермических видов юглансполленитов и керкоидитов вместе с вечнозелеными гидротермальными видами подокарпидитов позволяют предположить, что в позднем эоцене климат теплый и влажный, но такие виды уменьшились до более низких процентов после начала олигоцена, что свидетельствует об изменении более прохладный климат ( Рис. 3б ). Среди таксонов трав Artemisiaepollenites и Chenopodipollis очень часто встречаются в сухих степях, а эфедрипиты - сухой кустарник. Резкое увеличение количества таких ксерофитных элементов позволяет предположить, что климат стал более сухим после начала олигоцена ( Рис. 3б ). Таким образом, наши результаты пыльцы показывают резкий сдвиг в экосистеме от теплого влажного леса в позднем эоцене к сухо-умеренной лесостепи в раннем олигоцене.
Недавние обзоры палеогеновой палинофлоры в восточном Китае также выявили признаки охлаждения из позднего эоцена в олигоцен 24 , но не хватает доказательств для более сухого климата. Возможной причиной влажного климата в олигоцене на востоке Китая является небольшое расстояние до Тихого океана по сравнению с отдаленными внутренними бассейнами на западе Китая.
Следовательно, усиление охлаждения и засушливости, о которых свидетельствуют данные о пыльце в бассейне реки Джунггар, было по существу синхронным с началом олигоцена, а также со временем оборота млекопитающих. Аналогичные результаты из бассейна Гемпшир в Англии показывают, что оборот фауны у грызунов в последней фауне до Grande Coupure совпал с изменением типов растительности 9 ,
Наши новые палеоклиматические реконструкции основаны на нескольких климатических параметрах ( Дополнительная таблица 4 ) ( Рис. 4 ). Глинистые минералы очень распространены в осадочных породах и почвах; их категории и относительные концентрации различных минералов в основном зависят от степени химического выветривания. В частности, каолинит образуется в теплом и влажном климате, особенно в тропических и субтропических условиях. 25 , Рис. 4а ясно указывает на то, что содержание каолинита намного выше в отложениях позднего эоцена, но оно резко уменьшается выше границы эоцена и олигоцена, что указывает на более слабое химическое выветривание и относительно прохладный сухой климат после начала олигоцена. Недавние минералогические исследования кайнозойских отложений в бассейне Тарима, который является соседним бассейном, расположенным к югу от изученного Джунггарского бассейна, также указывают на резкое сокращение каолинита от позднего эоцена до раннего олигоцена, что подразумевает климатическое похолодание в конце и после конца эоцена 26 ,
Рисунок 4: Палеоклиматические изменения, отмеченные различными климатическими показателями.
(а), вариации каолинита в зависимости от глубины. (б), вертикальные колебания цветового индекса покраснения (а *). (в) Вариации содержания Fe2O3 в кезилетогайском разрезе. (г) и (д) - кривые высокого разрешения для покраснения (а *) и содержания Fe2O3 на границе эоцена и олигоцена. Красная стрелка показывает тенденцию изменения на границе эоцена и олигоцена.
Цвет осадка давно используется в качестве палеоклиматического параметра 27 , Покраснение (а *) связано с присутствием красноватых кристаллических оксидов железа, таких как гетит и гематит, которые образуются во время химического выветривания, и, соответственно, покраснение зависит от климата 27 , Рис. 4б показывает, что существует общая тенденция к снижению значений, что свидетельствует об ослаблении химического выветривания после начала олигоцена.
Из-за чрезвычайно низкой растворимости оксидов Fe в нормальном диапазоне pH почв, Fe2O3, образующийся при минеральном выветривании, осаждается в основном в виде гематита и гетита. Содержание Fe2O3 использовалось в качестве параметра при восстановлении прошлых климатических изменений. 28 , Поскольку оксиды железа оказывают выраженное влияние на цвет осадка, это может объяснить очень сходные тенденции изменения содержания Fe2O3 и покраснения ( Рис. 4б, в ). Аналогичная связь была отмечена в долгосрочных палеоклиматических изменениях в бассейне Кайдам. 28 , который также является крупным внутренним бассейном на северо-западе Китая. Более высокие значения как покраснения, так и содержания Fe2O3 предполагают более сильное химическое выветривание при относительно более теплых и более влажных климатических условиях во время эоцена. Климатический сдвиг на границе эоцена и олигоцена более заметен на кривой высокого разрешения через границу ( Рис. 4г, д ).
Таким образом, наши новые данные из внутренних районов Азии демонстрируют одновременные изменения в фауне, экосистеме и климате, свидетельствуя о переходе от периссодактиль-доминирующей фауны в лесах с теплым умеренным климатом в позднем эоцене к небольшой фауне-доминантной фауне и грызунам. в лесостепном, умеренно-сухом климате в раннем олигоцене ( Дополнительный рисунок 1 ); это обеспечивает важный новый наземный отчет о драматических изменениях окружающей среды на границе эоцена и олигоцена.
Более того, становится все более очевидным, что климат Земли претерпел существенные изменения, когда около 34 миллионов лет назад на границе эоцена и олигоцена в Антарктиде начал формироваться постоянный ледяной покров. 8 , 29 , Большой ледяной покров активно взаимодействовал с остальной климатической системой, усиливая, стимулируя и потенциально вызывая глобальное климатическое похолодание, и это вызвало драматический отклик в биосфере. Новая запись, представленная здесь, документирует важные синхронные континентальные климатические и биотические изменения во время перехода от теплого эоценового мира к холодному олигоцену, и, следовательно, имеет значение для влияния наступления оледенения Антарктики на засушливость региона и развитие флоры и фауны в Азии. , Помимо бассейна Джунгара, эта засушливость с начала олигоцена также хорошо документирована несколькими палеоэкологическими исследованиями в бассейнах Синина и Тарима, а также в южной Монголии на центрально-азиатском континенте. 11 , 14 , 26 хотя Bosboom et al. 30 утверждал, что может быть значительный перерыв в эоцен-олигоценовой границе в бассейне Тарима.
Интересно обсудить влияние поднятия Тибетского плато и глобального климатического охлаждения на палеоэкологический сдвиг на границе эоцена и олигоцена. Хотя поднятие Тибетского плато было причиной засушливости в Центральной Азии, создавая дождевую тень, время подъема могло быть диахронным 31 , Наклонная субдукция индийской литосферы под Тибетом объясняет скачкообразный подъем различных частей Тибетского нагорья, начиная с 55 млн. Лет назад на юго-западе до последнего подъема его северо-восточной окраины за последние несколько миллионов лет 32 , 33 , На сегодняшний день до сих пор нет свидетельств резкого подъема Тибета 34 млн. Лет назад, и поэтому существует некоторая неопределенность в отношении того, что рост плато мог достичь порогового уровня, который мог бы вызвать изменение атмосферной циркуляции и климатических моделей. Таким образом, современность одновременных изменений климата, растений и животных и начало антарктического оледенения дополнительно демонстрируют, что причиной такого синхронного оборота было глобальное похолодание, а не региональное тектоническое поднятие.
