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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
 

火山爆发被科学家认为是多次大灭绝事件的元凶。新华社资料图片 

研究团队在野外开展多学科联合考察。受访者供图 

  

四川宣汉地区晚三叠世代表性孢子花粉化石。受访者供图

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…… 

2亿年前的四川宣汉,大量蕨类植物孢子和裸子植物花粉被风吹散,飘落河流中,被水流聚在一起,再被沙土封禁。后经历漫长的时光更替,这些孢子花粉埋藏在地层深处,保存为化石。2亿年后的今天,它们重见天日,这些远古世界留给我们的密码,正在被科学家一一破解。 

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,探寻了远古植被和气候演化的奥妙。 

2007年起,王永栋带领中国科学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地质队、曲阜师范大学、四川省地勘局化探队、中国地质大学(武汉)、成都理工大学和四川大学等单位合作,对四川盆地三叠系-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、孢子花粉以及根茎化石,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。

一颗颗小小的孢子花粉化石,向我们打开了探知远古时期四川盆地的一扇门。

四川日报全媒体记者 寇敏芳

2亿年前的四川盆地

就是草木繁盛的天府之国 

当时的四川盆地,气候湿润、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——“正是因为当时四川盆地陆地植物的多样性,我们才能在这里找到大量化石

在距今2.5亿年至2.01亿年,地球处于三叠纪时期,这是中生代的第一个纪。此时,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。四川盆地和准噶尔盆地就是那一时期的典型代表。 

李丽琴等研究发现,当时的四川盆地,气候湿润、水土肥沃、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。

蕨类植物又称羊齿植物,属于孢子植物,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,而银杏类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。

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,对极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,也从另一个侧面证明了四川盆地内物种的丰富性。

正是因为当时四川盆地陆地植物的多样性,我们才能在这里找到大量化石,为进一步研究提供了条件。李丽琴推测,四川宣汉、广元、合川等地当时河流、浅滩和泥炭沼泽密布,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,由于孢子和花粉非常小,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。

类似于考古,不同地质年代的孢子花粉化石沉积在不同地层中,科学家通过研究孢子花粉化石组合面貌,就能判断当时的地质年代、沉积条件和地球生态环境。

孢粉化石解码四川盆地环境细微变化

四川盆地发现的孢子花粉化石,成为揭秘远古环境的解码器”——四川盆地在总体温暖的气候下,也有相对温凉的阶段

科学家认为,三叠纪-侏罗纪之交发生了显生宙五大生物灭绝事件之一的三叠纪大灭绝,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。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,科学家很难只通过大型植物化石还原当时的陆地生态环境变化。 

在四川盆地发现的孢子花粉化石,弥补了这一空缺,成为揭秘远古环境的解码器

植物化石一般分为三类:叶片化石、根茎化石和孢子花粉化石。前两种很容易被发现但不易保存,尤其是植物根茎,很多变成了煤。但是孢子花粉由于个体小且外壁坚硬且耐酸碱,较容易被保存下来。 

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。科学家要找到它们,有时候还必须靠一点点运气。李丽琴说,此次他们在四川盆地的东北缘选择了很多含煤地层的点位,根据周围岩石的岩性等特征圈出大致范围,然后采集大量岩石样本,再到实验室酸处理、显微镜下观察研究。最终,在一大堆不起眼的石头中发现了大量的花粉孢子化石。

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类型和相对含量却出现大幅波动。王永栋解释,这说明气候环境有细微的变化,在总体温暖的气候下,也有相对温凉的阶段。

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,苏铁类、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。

火山活动可能导致远古时期气候波动变化

地球的气候变化有周期性和规律性,目前人类也在经历温室效应,找出这些演变规律,可以帮助我们寻找积极应对气候变化的办法

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。王永栋告诉记者。

王永栋介绍: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,76%的海洋生物种因此而灭绝,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。

四川盆地虽处在特提斯洋东岸,之前科学家认为,这里受到火山活动的影响很小。不过随着地质记录的精细化和测试手段的提高,科学家们已经在多个地区发现了四川盆地受到火山活动影响的蛛丝马迹,认为从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,以及生物群的多样性变化。

王永栋说:我们在四川宣汉地区发现的三叠纪-侏罗纪过渡期蕨类三缝孢子峰值、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。

这次研究是我国南方地区三叠纪-侏罗纪之交孢粉植物群研究最为翔实的高分辨率记录。了解古气候演变的特征,有助于我们认识地球气候演变的规律。王永栋说,地球的气候变化有周期性和规律性,比如恐龙时代的地球经历了因火山大规模喷发导致的温室效应。目前人类也在经历温室效应,找出这些演变规律,可以帮助我们更好地认识地球,寻找积极应对气候变化的办法。

解读

孢粉化石了啥

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。

晚三叠世末

松柏类和苏铁类、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。 

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。 

早侏罗纪

苏铁类、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。

问题

怎么保存下来?

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,很容易被水下的沙土掩埋保存下来。怎么得出结论?

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。通过成像发现,不同地层中数量和种类出现大幅波动,说明两者在不同时期是分别占有优势地位,从而判断气候变化。

新闻背景

五次大灭绝事件

科学家普遍认为,在地质记录中有五次大灭绝事件。按照发生时间顺序排列如下:

奥陶纪大灭绝 

这次大灭绝发生在4.431亿年前到4.429亿年前的20万年间。这一时期形成了大规模冰盖,总规模达到1.5亿立方千米,是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍以上。当时,全球海平面急速下降100米至150米,绝大部分海洋生物遭受了灭顶之灾,约56%物种灭绝。

晚泥盆世大灭绝 

发生于3.72亿年前,它消灭了约70%的无脊椎动物。存在于泥盆纪和石炭纪过渡期的数千年的化石孢子显示出紫外线破坏的迹象。科学家们提出,造成紫外线爆炸的可能是在距离地球65光年内爆炸的一颗超新星。

二叠纪大灭绝

发生于2.52亿年前,是五次物种大灭绝事件中最严重的一次,造成了98%的海洋生物以及96%的陆地生物在50万年内消失,大量的生物蒸发殆尽。有科学家认为,造成这次大灾变的是峨眉山超级火山爆发和西伯利亚超级火山爆发。

三叠纪大灭绝

发生于2.01亿年前,估计有76%的物种消失。这次事件是恐龙时代的黎明,早期的主龙类、多数合弓动物和大型两栖动物纷纷灭绝,使恐龙在几乎没有陆地竞争的情况下接管了陆地世界。科学家推测,中大西洋超级火山爆发是这次灭绝事件的原因。

白垩纪大灭绝 

发生于6600万年前,是最著名的一次,此次事件导致地球上约四分之三的动植物物种灭绝。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灭顶之灾。








 
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