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科技日报|微米级花粉化石告诉你 2亿年前四川盆地发生了什么

微米级花粉化石告诉你 2亿年前四川盆地发生了什么
约2亿年前 ， 地球发生了一次十分重要的演化事件 。 原本相连的欧洲-北美-南美-非洲联合古陆解体 ， 中间出现大西洋开裂 。 滔滔海水之中 ， 冒出绵延上百公里的火山群 ， 它们夜以继日地喷发 ， 浓烟和火山灰遮天蔽日 ， 地质历史上三叠纪末的生物大灭绝事件就此拉开序幕 。
过去 ， 科学界对三叠纪末生物大灭绝造成的海洋生物重创已形成了共识 。 但是 ， 对于广袤陆地生态的变化却是众说纷纭 ， 莫衷一是 。 科学家们在欧洲、美洲仅找到少数保存较好的连续陆相沉积地层 ， 支离破碎的化石证据让三叠纪末生物大灭绝事件疑点重重 ， 究竟是区域性的陆地生物更替 ， 还是全球性的陆地生态变化 ， 让人困惑不已 。
从2007年起 ， 中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员带领中生代植物与环境科研团队 ， 在四川盆地三叠系-侏罗系地层开展了多学科的深入研究 ， 陆续取得了系列新进展 。
近日 ， 国际地学学术刊物《三古》刊发了一项重要研究成果：中国科学院南京地质古生物研究所李丽琴博士、王永栋研究员与国外同行合作 ， 在四川盆地东北缘的宣汉七里峡剖面发现了丰富的孢子花粉化石 。 恰恰是这些用肉眼无法直接看到的微体化石 ， 从中获得的相关信息与全球多个剖面的研究结果一致 ， 这些研究正在揭开三叠纪-侏罗纪之交的古植被演替和古气候变化之谜 。
晚三叠纪四川盆地曾生机盎然
三叠纪距今2.5亿年至2.01亿年 ， 是中生代的第一个纪 ， 爬行动物是该时期的主宰者 ， 裸子植物也迅速兴起 。
40亿岁的地球 ， 从它诞生的那一天起 ， 板块运动就没有停止过 ， 分分合合之中 ， 让大陆的形态与地球的生态不断地重构 。
2亿多年前的三叠纪 ， 东亚大陆与欧洲大陆并未相连 ， 它们中间隔着浩瀚的特提斯洋 。 海西运动以后 ， 许多地槽转化为山系 ， 陆地面积扩大 ， 地台区产生了一些内陆盆地 。 位于我国华南地区的四川盆地和西北地区的新疆准噶尔盆地都位于特提斯洋的东缘 ， 并且华北板块与华南板块中间也有一片广袤的水域 。
【科技日报|微米级花粉化石告诉你 2亿年前四川盆地发生了什么】四川盆地和准噶尔盆地就是那一时期的典型代表 ， 这些盆地的地理条件导致沉积相及生物界产生了进一步的变化 。
“这两大盆地虽然纬度不同 ， 但是都有着湿润的气候、肥沃的水土 ， 这里草木茂盛 ， 高大的裸子植物和低矮的蕨类植物在此繁衍出庞大的家族 ， 比如新芦木、双扇蕨、苏铁、苏铁杉等 ， 还有一些苔藓、石松植物也在森林中出现 。 ”李丽琴告诉科技日报采访人员 ， 这些植物经历了上亿年的地质运动后 ， 被埋藏在地下数百米甚至上千米处 ， 最终形成了煤炭 。
蕨类植物又称羊齿植物 ， 属于孢子植物 。 世界现存蕨类植物约12000种 ， 广泛分布在世界各地 ， 尤以热带、亚热带地区种类繁多 。 我国约有2600种 ， 主要分布在长江以南各省区 。 最早的裸子植物可追溯到3.4亿年前至3.95亿年之间的泥盆纪 ， 它们主要依靠风传粉繁育后代 ， 少数有昆虫传粉 。
常见的蕨类植物大多外形低矮 ， 而银杏、松柏、苏铁等祼子植物则是多年木本植物 ， 大多是高大的乔木 ， 两者对环境的要求各不相同 。 裸子植物中的松柏类主要分布于温带和寒带 ， 苏铁类属于热带、亚热带植物 ， 而银杏植物多喜亚热带温凉环境 。 多数蕨类植物喜欢温暖湿润的环境 ， 少数则耐干旱 。 总的来说 ， 蕨类植物的生命力更为顽强 ， 对于极端环境的耐受力更强 。
“我们研究发现 ， 四川宣汉、广元、合川等地当时河流、浅滩和泥炭沼泽环境密布 ， 周期性的水涨潮退 ， 让许多植物的孢子、花粉飘落在水中 ， 并汇集在一起 ， 这为我们研究当时的陆地植物生态提供了很好的条件 。 ”李丽琴说 。
微米级孢粉化石揭示古环境变化
距今2亿年前的三叠纪-侏罗纪之交发生了显生宙五大生物灭绝事件之一 ， 全球海陆生态系统受到重创 。 相比于海洋而言 ， 对陆地生态系统三叠纪-侏罗纪之交重大生物事件的探究相对薄弱 ， 特别是针对处于东特提斯洋的东亚地区陆地生态系统响应的研究甚少 。 重要原因就是海相地层相对陆相地层更为连续完整 ， 并且植物化石保存条件更为苛刻 ， 科学家有时候很难只通过大型植物化石还原当时的陆地生态环境变化 。
研究人员们在野外考察时 ， 对须家河组—珍珠冲组的地层进行了详细的调查 ， 把地层中的岩石取样后带回实验室分析和观察 。
“孢子和花粉之所以能够得到较好的保存 ， 是因为它们非常小 ， 而且外壁足够坚硬 ， 再加上水流将它们冲刷汇聚到一起 ， 很容易被水下的沙土掩埋保存下来 。 ”李丽琴解释说 。
这些孢子和花粉大的不到100微米 ， 小的仅有30微米左右 ， 必须借助400倍的显微镜才能看清楚 ， 放大600倍后才能清晰地成像拍照 。 但就是这些微体化石却成为揭秘远古环境的解码器 。
“我们注意到 ， 虽然四川盆地距今2亿年左右的环境总体来说是温暖湿润的 ， 但是在不同地层中 ， 蕨类植物的孢子与祼子植物的花粉数量和种类却出现大幅波动 ， 这说明两者在不同时期是分别占有优势地位的 。 ”王永栋说道 。
经过进一步的详细地质调查和化石标本分析 ， 他们总结出一个规律：在晚三叠世 ， 真蕨植物占绝对优势并以双扇蕨科为代表 ， 松柏类植物和苏铁类、银杏类植物繁盛 ， 还有少量的种子蕨类、石松类、苔藓类和楔叶类植物等 。 在晚三叠世末 ， 松柏类和苏铁、银杏类植物占优势 ， 松柏类的掌鳞杉科开始出现 ， 蕨类植物较少 。 到了三叠纪-侏罗纪过渡期 ， 植物多样性较低 ， 仅以少数蕨类植物占优势 。 进入早侏罗纪后 ， 苏铁、银杏类植物复苏 ， 松柏类掌鳞杉科丰富 ， 蕨类植物以桫椤科/蚌壳蕨科为代表 。
三叠纪末全球气候出现剧变
“过去许多人认为 ， 三叠纪末期地球开始出现温室环境 ， 导致大量动植物灭亡 。 而我们的调查研究更加精准地分析了大灭绝前600万年的气候变化 ， 发现当地经历了温暖湿润(短期变凉)-干凉-温度回升的曲线波动 。 ”王永栋告诉采访人员 。
王永栋介绍道：“三叠纪末期 ， 特提斯洋西岸的欧洲大陆和非洲大陆出现了大区域的火山集中喷发活动 ， 这些地区笼罩在遮天蔽日的火山灰下 ， 大量的二氧化硫进入大海 ， 造成海水酸化和缺氧 ， 90%以上的海洋生物因此而灭绝 ， 阳光被烟尘和火山灰遮挡导致气温迅速下降 ， 而后由于火山排放出的二氧化碳不断在大气层中累积 ， 又让气温在短时间内快速回升 。 ”
我国的四川盆地和准噶尔盆地虽处在特提斯洋东岸 ， 但是火山灰也逐渐飘散到这里 ， 导致这些地区的气候出现骤变 ， 进而影响到了陆地生态系统 。
该研究发现的三叠纪-侏罗纪过渡期显著蕨类三缝孢子峰值、晚三叠纪末短期变冷以及早侏罗世变暖的古气候变化趋势 ， 与全球多个代表剖面尤其是特提斯洋西缘地区的研究结果相吻合 ， 揭示了三叠纪-侏罗纪之交全球性陆地古植被和古气候演替变化 。
这次研究是我国华南地区三叠纪-侏罗纪之交孢粉植物群研究最为翔实的高分辨率记录 ， 并为三叠纪—侏罗纪之交重大地质事件的陆地生态系统响应提供了来自古特提斯洋东缘东亚低纬度地区的重要证据 。
本报采访人员 张 晔


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