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【四川日报】肉眼看不见的孢子花粉化石告诉你 2亿年前四川盆地发生了什么?
2020-09-22 | 编辑: | 【
2020年9月18日 来源:四川日报
 

火山爆發被科學家認爲是多次大滅絕事件的元凶。新華社資料圖片 

研究團隊在野外開展多學科聯合考察。受訪者供圖 

  

四川宣漢地區晚三疊世代表性孢子花粉化石。受訪者供圖

2億年前,地球發生了一次十分重要的演化事件。原本相連的歐洲-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,它们夜壹s倘盏嘏绶ⅲ浓烟和火山灰遮天蔽日,地质历史上三疊紀末的生物大灭绝事件就此拉开序幕…… 

2億年前的四川宣漢,大量蕨類植物孢子和裸子植物花粉被風吹散,飄落河流中,被水流聚在一起,再被沙土封禁。後經曆漫長的時光更替,這些孢子花粉埋藏在地層深處,保存爲化石。2億年後的今天,它們重見天日,這些遠古世界留給我們的密碼,正在被科學家一一破解。 

近日,国际地学学术刊物《古地理古气候古生态》刊发了一项重要研究成果:中國科學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,探寻了远古植被和气候演化的奥妙。 

2007年起,王永栋带领中國科學院南京地质古生物研究所中生代植物与环境科研团队,与当时的四川遂宁市国土局及射洪县国土局、四川煤田地质局137地質隊、曲阜師範大學、四川省地勘局化探隊、中國地質大學(武漢)、成都理工大學和四川大學等單位合作,對四川盆地三疊系-侏罗系地层开展了多学科的深入研究,在四川盆地多处发现植物叶片、孢子花粉壹s案茎化石,從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疊紀-侏羅紀之交的古植被演替和古氣候變化之謎。

一顆顆小小的孢子花粉化石,向我們打開了探知遠古時期四川盆地的一扇門。

四川日报全媒体记者 寇敏芳

2億年前的四川盆地

就是草木繁盛的天府之國 

當時的四川盆地,氣候濕潤、草木茂盛,高大的裸子植物和低矮的蕨類植物在此繁衍出龐大的家族——“正是因爲當時四川盆地陸地植物的多樣性,我們才能在這裏找到大量化石

在距今2.5億年至2.01億年,地球處于三疊紀時期,這是中生代的第一個紀。此時,東亞大陸與歐洲大陸並未相連,它們中間隔著浩瀚的特提斯洋。海西運動以後,許多地槽轉化爲山系,陸地面積擴大,地台區産生了一些內陸盆地。四川盆地和准噶爾盆地就是那一時期的典型代表。 

李麗琴等研究發現,當時的四川盆地,氣候濕潤、水土肥沃、草木茂盛,高大的裸子植物和低矮的蕨類植物在此繁衍出龐大的家族,比如新蘆木、雙扇蕨、蘇鐵、蘇鐵杉等,還有一些苔藓、石松植物也在森林中出現。

蕨類植物又稱羊齒植物,屬于孢子植物,常見的蕨類植物大多外形低矮,而銀杏、松柏、蘇鐵等祼子植物則是多年木本植物,大多是高大的喬木,兩者對環境的要求各不相同。裸子植物中的松柏類主要分布于溫帶和寒帶,蘇鐵類屬于熱帶、亞熱帶植物,而銀杏類植物多喜亞熱帶溫涼環境。多數蕨類植物喜歡溫暖濕潤的環境,少數則耐幹旱。

经历了上亿年的地质运动后,高大的裸子植物被埋藏在地下数百米甚至上千米处,最终形成了煤炭。而低矮的蕨类植物生命力更为顽强,都s端环境的耐受力更强,它们中有一些品种存活到了现在,比如被称为植物活化石的桫椤,在四川的泸州、宜宾、乐山等地都有发现,也從另一个侧面证明了四川盆地内物种的丰富性。

正是因爲當時四川盆地陸地植物的多樣性,我們才能在這裏找到大量化石,为进一步研究提供了条件。李麗琴推測,四川宣漢、廣元、合川等地當時河流、淺灘和泥炭沼澤密布,周期性的水漲潮退,讓許多植物的孢子、花粉飄落在水中,並彙集在一起,由于孢子和花粉非常小,而且外壁足夠堅硬,再加上水流將它們沖刷彙聚到一起,很容易被水下的沙土掩埋保存下來。

類似于考古,不同地質年代的孢子花粉化石沈積在不同地層中,科學家通過研究孢子花粉化石組合面貌,就能判斷當時的地質年代、沈積條件和地球生態環境。

孢粉化石解碼四川盆地環境細微變化

四川盆地發現的孢子花粉化石,成爲揭秘遠古環境的解碼器”——四川盆地在總體溫暖的氣候下,也有相對溫涼的階段

科學家認爲,三疊紀-侏羅紀之交發生了顯生宙五大生物滅絕事件之一的三疊紀大滅絕,全球海陸生態系統受到重創。相比于海洋而言,對陸地生態系統三疊紀-侏羅紀之交重大生物事件的探究相對薄弱。重要原因就是海相地層相對陸相地層更爲連續完整,並且植物化石保存條件更爲苛刻,科學家很難只通過大型植物化石還原當時的陸地生態環境變化。 

在四川盆地發現的孢子花粉化石,彌補了這一空缺,成爲揭秘遠古環境的解碼器

植物化石一般分爲三類:葉片化石、根莖化石和孢子花粉化石。前兩種很容易被發現但不易保存,尤其是植物根莖,很多變成了煤。但是孢子花粉由于個體小且外壁堅硬且耐酸堿,較容易被保存下來。 

這些孢子和花粉大的不到100微米,小的僅有30微米左右,必須借助400倍的顯微鏡才能看清楚,放大600倍後才能清晰地成像拍照。科學家要找到它們,有時候還必須靠一點點運氣。李麗琴說,此次他們在四川盆地的東北緣選擇了很多含煤地層的點位,根據周圍岩石的岩性等特征圈出大致範圍,然後采集大量岩石樣本,再到實驗室酸處理、顯微鏡下觀察研究。最終,在一大堆不起眼的石頭中發現了大量的花粉孢子化石。

我們注意到,雖然四川盆地距今2億年左右的環境總體來說是溫暖濕潤的,但是在不同地層中,蕨類植物的孢子與祼子植物的花粉類型和相對含量卻出現大幅波動。王永棟解釋,這說明氣候環境有細微的變化,在總體溫暖的氣候下,也有相對溫涼的階段。

經過進一步的詳細地質調查和化石標本分析,他們總結出一個規律:在晚三疊世,真蕨植物占絕對優勢並以雙扇蕨科爲代表,松柏類植物和蘇鐵類、銀杏類植物繁盛,還有少量的種子蕨類、石松類、苔藓類和楔葉類植物等。在晚三疊世末,松柏類和蘇鐵、銀杏類植物占優勢,松柏類的掌鱗杉科開始出現,蕨類植物較少。到了三疊紀-侏羅紀過渡期,植物多樣性較低,僅以少數蕨類植物占優勢。進入早侏羅紀後,蘇鐵類、銀杏類植物複蘇,松柏類掌鱗杉科豐富,蕨類植物以桫椤科/蚌殼蕨科爲代表。

火山活動可能導致遠古時期氣候波動變化

地球的氣候變化有周期性和規律性,目前人類也在經曆溫室效應,找出這些演變規律,可以幫助我們尋找積極應對氣候變化的辦法

過去許多人認爲,三疊紀末期地球開始出現溫室環境,導致大量動植物滅亡。而我們的調查研究更加精准地分析了大滅絕前600萬年的氣候變化,發現當地經曆了溫暖濕潤(短期變涼)-幹涼-溫度回升的曲線波動。王永棟告訴記者。

王永棟介紹:三疊紀末期,特提斯洋西岸的歐洲大陸和非洲大陸出現了大區域的火山集中噴發活動,這些地區籠罩在遮天蔽日的火山灰下,大量的二氧化硫進入大海,造成海水酸化和缺氧,76%的海洋生物種因此而滅絕,陽光被煙塵和火山灰遮擋導致氣溫迅速下降,而後由于火山排放出的二氧化碳不斷在大氣層中累積,又讓氣溫在短時間內快速回升。

四川盆地雖處在特提斯洋東岸,之前科學家認爲,這裏受到火山活動的影響很小。不過隨著地質記錄的精細化和測試手段的提高,科學家們已經在多個地區發現了四川盆地受到火山活動影響的蛛絲馬迹,认为從特提斯洋西缘地区远距离飘来的火山灰逐渐散落到这里,可能会导致这些地区的气候出现变化和波动,进而影响到了陆地生态系统及其环境,壹s吧物群的多样性变化。

王永棟說:我們在四川宣漢地區發現的三疊紀-侏羅紀過渡期蕨类三缝孢子峰值、晚三疊紀末短期变冷壹s霸缳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,揭示了三疊紀-侏羅紀之交全球性陸地古植被和古氣候演替變化。

這次研究是我國南方地區三疊紀-侏羅紀之交孢粉植物群研究最爲翔實的高分辨率記錄。了解古氣候演變的特征,有助于我們認識地球氣候演變的規律。王永棟說,地球的氣候變化有周期性和規律性,比如恐龍時代的地球經曆了因火山大規模噴發導致的溫室效應。目前人類也在經曆溫室效應,找出這些演變規律,可以幫助我們更好地認識地球,尋找積極應對氣候變化的辦法。

解讀

孢粉化石了啥

晚三疊世

真蕨植物占絕對優勢並以雙扇蕨科爲代表,松柏類植物和蘇鐵類、銀杏類植物繁盛,還有少量的種子蕨類、石松類、苔藓類和楔葉類植物等。

晚三疊世末

松柏類和蘇鐵類、銀杏類植物占優勢,松柏類的掌鱗杉科開始出現,蕨類植物較少。 

三疊紀-侏羅紀過渡期

植物多樣性較低,僅以少數蕨類植物占優勢。 

早侏羅紀

蘇鐵類、銀杏類植物複蘇,松柏類掌鱗杉科豐富,蕨類植物以桫椤科/蚌殼蕨科爲代表。

問題

怎麽保存下來?

孢子和花粉之所以能夠得到較好的保存,是因爲它們非常小,而且外壁足夠堅硬,很容易被水下的沙土掩埋保存下來。怎麽得出結論?

這些孢子和花粉大的不到100微米,小的僅有30微米左右,必須借助400倍的顯微鏡才能看清楚,放大600倍后才能清晰地成像拍照。通过成像发现,不同地层中数量和种类出现大幅波动,說明两者在不同时期是分别占有优势地位,從而判断气候变化。

新聞背景

五次大滅絕事件

科学家普遍认为,在地质记录中有五次大滅絕事件。按照发生时间顺序排列如下:

奧陶紀大滅絕 

這次大滅絕發生在4.431億年前到4.429億年前的20萬年間。這一時期形成了大規模冰蓋,總規模達到1.5億立方千米,是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上。當時,全球海平面急速下降100米至150米,絕大部分海洋生物遭受了滅頂之災,約56%物種滅絕。

晚泥盆世大滅絕 

發生于3.72亿年前,它消灭了約70%的無脊椎動物。存在于泥盆紀和石炭紀過渡期的數千年的化石孢子顯示出紫外線破壞的迹象。科學家們提出,造成紫外線爆炸的可能是在距離地球65光年內爆炸的一顆超新星。

二疊紀大滅絕

發生于2.52億年前,是五次物種大滅絕事件中最嚴重的一次,造成了98%的海洋生物壹s96%的陸地生物在50萬年內消失,大量的生物蒸發殆盡。有科學家認爲,造成這次大災變的是峨眉山超級火山爆發和西伯利亞超級火山爆發。

三疊紀大灭绝

發生于2.01億年前,估計有76%的物種消失。這次事件是恐龍時代的黎明,早期的主龍類、多數合弓動物和大型兩棲動物紛紛滅絕,使恐龍在幾乎沒有陸地競爭的情況下接管了陸地世界。科學家推測,中大西洋超級火山爆發是這次滅絕事件的原因。

白垩紀大滅絕 

發生于6600万年前,是最著名的一次,此次事件导致地球上約四分之三的动植物物種滅絕。在陆地上,非鸟恐龙全部灭绝。上述动物的灭绝为哺乳动物的发展腾出了空间,地球历史由此进入哺乳动物时代。专家们认为,这次大灭绝是由一颗巨大的小行星或彗星撞击地球造成的,这次撞击几乎给全球环境带来滅頂之災。








 
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