早白垩世热河生物群是一个世界级的陆地特异埋藏化石宝库，保存有很多精美的化石，包括带毛的恐龙、早期鸟类、哺乳类、翼龙类、鱼类、两栖类以及无脊椎动物和早期被子植物等，极大地提升了我们对中生代陆地生态系统和众多生物起源和演化的认知。
热河生物群主要分布于东亚地区，我国的河北北部（冀北）、辽宁西部（辽西）和内蒙古东南部是其核心分布区。热河生物群分为早期、中期和晚期三个演化阶段。早期热河生物群主要保存于冀北滦平盆地大北沟组（二段和三段）和四岔口盆地花吉营组；中期和晚期热河生物群主要保存于辽西的义县组和九佛堂组。尽管中期和晚期热河生物群的生物多样性明显高于早期热河生物群，但早期热河生物群包含很多基干类群，因此建立早期热河生物群高分辨率的年代标尺对深入了解热河生物群的起源至关重要。
前人曾对滦平盆地大北沟组和四岔口盆地花吉营组中的火山灰进行了多种方法的锆石U-Pb定年测定，但受限于定年方法和精度，以及可用于定年的火山灰层数量的限制，早期热河生物群高分辨率的年代标尺尚未建立。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所房亚男博士、张海春研究员、王博研究员、郑大燃研究员等与美国哥伦比亚大学Paul Olsen教授合作，通过对滦平盆地榆树下剖面大北沟组二段和三段的“Depth ranks”数据进行天文旋回分析，建立了完整且高分辨率的早期热河生物群天文年代标尺（132.4-130.7 Ma），并在此基础上探讨了影响早期热河生物群发展和保存的气候因素。该成果近期发表于国际期刊杂志《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。
“Depth ranks”是一系列数字化的沉积微相，分别代表不同的湖水深度。在封闭的、构造稳定的陆相湖盆中，湖平面的变化主要受控于气候因素，因此depth ranks是最直观的古气候替代指标。本研究在大北沟组二段和三段共识别出九个沉积微相。一个极端是滨湖相沉积，主要由10-30cm厚、横向稳定的板状细砾岩（砾石颗粒呈圆形或次圆形）组成，被赋予depth rank “0.5”；另一个极端是深湖相沉积，主要由富含化石的深灰色泥岩组成，被赋予depth rank “4.5”。通过高分辨率的野外地层测量和描述，本研究在厚约185m的大北沟组二段和三段共划分了450个depth rank层段，平均采样密度约40cm；最终获得一条高分辨的相对湖平面变化曲线（图1）。
通过对depth ranks进行天文旋回分析，发现在早期热河生物群发育期，滦平盆地的湖平面受到多个米兰科维奇旋回的控制，包括405 kyr的长偏心率、~100 kyr的短偏心率、~40 kyr的斜率和~20 Kyr的岁差（图1和图2）。405 kyr的长偏心率是由木星和金星轨道近日点之间的相互作用造成，并被证实稳定性一直可持续到晚三叠世。本研究将depth ranks调谐到405 kyr曲线上，建立了长约1.7 Myr的天文浮动标尺（图3）。将该条标尺锚定在已发表的锆石U-Pb年龄上，为早期热河生物群建立了132.4-130.7 Ma的天文年代标尺（图3）。
通过孢粉分析表明，在早期热河生物群发育期，滦平盆地气候湿冷。基于目前的天文年代标尺，本研究认为早期热河生物群的发展可能受到全球气候变冷事件（Weissert Event）和古纬度的共同影响。同时，与张家口组和大北沟组一段沉积期火山频繁喷发的环境不同，在大北沟组二段和三段沉积期，滦平盆地环境平稳、湖泊发育，为早期热河生物群的发育创造了条件。
在更小的时间尺度内，早期热河生物群主要保存于深湖相泥岩中，而湖平面的变化主要受控于米兰科维奇旋回。结合早期热河生物群较冷的气候背景，本研究认为在偏心率峰值期的低岁差期（北半球夏季位于近日点）和高斜率期有助于缓解湿冷的气候条件和湖泊的发育，从而有助于生物的发展和保存。
此项研究获得了国家自然科学基金委和现代古生物和地层学国家重点实验室的资助。
论文相关信息： Yanan Fang*, Paul Olsen, Daran Zheng, Naihua Xue, He Wang, Chunpeng Xu, Sha Li, Bo Wang, Haichun Zhang, 2022. A new astronomical time scale for the early Jehol Biota in the Luanping Basin, northeastern China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 607, 111273. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.111273.
图1 滦平盆地榆树下剖面大北沟组二段和三段岩性地层、生物地层、depth ranks、相关滤波及小波变换图
图2 滦平盆地大北沟组二段野外照片
图3 滦平盆地大北沟组二段和三段天文年代标尺
附件下载：