科研进展
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羌塘中部高压变质带中二叠纪有孔虫揭示古特提斯洋俯冲过程
西藏北部羌塘盆地是近年来学术界的研究前沿，同样也是国家资源勘探的重点区域。羌塘盆地由北羌塘地块、中央隆起带和南羌塘地块组成，呈“两坳夹一隆”的地理格局。其中羌塘盆地中部的隆起带也被称为高压变质带，代表了古特提斯洋沿龙木错-双湖缝合带俯冲碰撞形成的巨型增生楔。
因其巨型增生楔中含有众多不同来源、不同类型的岩石和构造，如变质的地层、蛇绿岩、蓝片岩、榴辉岩、基性岩墙群、放射虫硅质岩、灰岩块体等。因此，通过对这些不同来源地质体的研究有助于认识羌塘中部复杂的古地理演化过程，为羌塘的资源勘察提供重要参考。
中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队张以春研究员等人，同南京大学、中国地质调查局成都地调中心、中国矿业大学（徐州）、中国地质科学院地质研究所同行共同合作，多次前往羌塘无人区考察采样。近期，研究组通过荣玛乡角木日地区以及江爱藏布一带两个灰岩块体中有孔虫动物群的研究，揭示了这些灰岩块体的来源。该研究近期在线发表于国际地学期刊《亚洲地质》(Journal of Asian Earth Sciences)上。
研究表明：1）灰岩外来块体中存在Neoschwagerina simplex，Pseudodoliolina ozawai，Presumatrina neoschwagerinoides 和 Afghanella sp.等有孔虫动物群的发育，确认了其动物群时代为空谷晚期—罗德期；2）外来灰岩块体无论是在有孔虫动物群面貌，还是在地层层序上均与南羌塘地块中部二叠纪地层—鲁谷组表现出了高度的相似性，表明增生楔中灰岩外来块体的来源为南羌塘地块中部的二叠纪地层；3）南羌塘地块中部的二叠纪地层部分进入增生楔，表明古特提斯洋沿龙木错-双湖缝合带发生了强烈的俯冲作用，且俯冲已影响到了南羌塘地块的中部。
本研究受国家自然科学基金委重大研究计划重点项目、科技部第二次青藏高原综合科学考察研究、中国科学院先导战略专项B类项目共同资助。
论文相关信息：Ju Q., Zhang Y.C.*, Yuan D.X., Qiao F., Xu H.P., Zhang H., Zheng Q.F., Luo M., Qie W.K., Zhai Q.G., Zhang Y.J., Shen S.Z., 2022. Permian foraminifers from the exotic limestone blocks within the central Qiangtang Metamorphic Belt, Tibet and their geological implications. Journal of Asian Earth Sciences 239, 105426. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2022.105426.
图1. 羌塘盆地中部增生楔中灰岩块体中的有孔虫化石
图2 羌塘盆地不同地区二叠纪地层对比图
图3 二叠—三叠纪灰岩外来块体构造演化示意图102022-10 -
研究揭示安吉生物群特异保存海绵化石的埋藏学机制
安吉生物群是发现于浙江安吉奥陶纪末文昌组黑色页岩夹层中的特异埋藏化石群，其中保存了大量精美的海绵动物软体组织结构。该生物群为研究华南奥陶纪末生物大灭绝后赫南特期的深水生态系统以及海绵动物演化提供了重要窗口。但目前，对于安吉生物群海绵动物化石软体组织的特异保存机制尚不清楚。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生武学进、张元动研究员、马俊业副研究员与英国威尔士国立博物馆Joseph Botting博士、Lucy Muir博士合作，基于海绵动物化石利用场发射扫描电镜、能谱分析、岩芯扫描仪以及地球化学手段，对安吉生物群中特异保存的海绵动物化石开展了系统的埋藏学研究。相关研究成果发表于国际学术期刊《地质学会会刊》（Journal of the Geological Society）上。
研究结果显示，海绵动物软体组织化石的保存经历了一系列复杂的化学过程，包括6个阶段：死亡埋藏—降解启始—硫酸盐细菌还原—黄铁矿化—硅化—去黄铁矿化。雾状层（nepheloid layers）是陆源物质进入海底的输送通道，同时又是海洋水体中沉降颗粒及底部再悬浮颗粒物的停留场所。雾状层长期停留在近海底域，为海绵动物的生存提供充足的食物来源以及氧气。当发生风暴、旋涡等动荡事件时，雾状层中大量的沉降颗粒将海绵动物迅速原位掩埋。生物降解形成局域还原环境；硫酸盐还原菌的参与下，海绵动物软体组织逐渐发生黄铁矿化。动荡事件平息后，雾状层携带的氧气下渗到埋藏层位，阻止了黄铁矿化进程，同时在软体组织化石表面促进了硅质的沉淀。之后由于氧气持续供应，使得不稳定的草莓状黄铁矿逐渐溶解，在硅质沉淀上留下蜂窝状（honeycomb-like structure）的印痕。软体组织表面的硅质沉淀有效地保护了软体组织免于氧化分解以及后期压实作用的破坏，从而使得精美的软体组织保存下来。同时，通过高分辨率的U/Th的数据，也佐证了海绵动物生活的海底氧化还原界面是不断上下振荡的。
与寒武纪荷塘组黄铁矿化海绵骨针化石中没有软体组织保存的情况不同，安吉生物群海绵动物化石的特异保存经历了更加复杂的化学过程，包括硅化阶段以及去黄铁矿化阶段。该项研究为黑色页岩中软体组织特异保存的形成机制提供了新的路径。
本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、中国科学院PIFI项目以及国家自然科学基金委员会项目的联合资助。
论文信息：Wu, X.J., Botting, J.P.*, Zhang, Y.D.*, Muir, L.A., Ma, J.Y., 2022. Taphonomy of exceptional sponge preservation in the Hirnantian Anji Biota, China. Journal of the Geological Society, 179 (5). https://doi.org/10.1144/jgs2021-112.
图1. 海绵动物软体组织以及骨针表面的“蜂窝状结构”（草莓状黄铁矿印痕）
图2. 海绵动物软体组织以及骨针表面的黄铁矿溶解后的残留部分
图3. 安吉生物群海绵动物化石特异埋藏模式图092022-10 -
末次冰消期全球升温机制研究取得重要进展
末次冰消期是距今最近的一次全球大升温期，对其升温机制的研究有助于更好地理解和预测未来的全球变暖趋势。现代观测显示，全球因温室变暖而产生的过量的热有近四分之三被南大洋所吸收，并通过翻转环流向北潜沉输送到了海洋内部。热带西太平洋暖池作为全球最大的“热机”，它与南大洋之间的热耦合过程在全球的气候变化中发挥着重要作用。但是，这种海气遥相关过程在末次冰消期全球升温过程中所扮演的角色尚不清晰。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所的俞宙菲博士，与河海大学、自然资源部第一海洋研究所、中国科学院海洋研究所、同济大学、中国地质大学（武汉）、德国基尔大学等同行合作，汇编了印太暖池、热带东太平洋和亚热带南太平洋海区已发表的340组最近3万年以来的代用指标表层海水温度重建数据（包括浮游有孔虫Globigerinoides ruber壳体Mg/Ca温度和UK’37温度）和7组次表层温度数据（图1）；并利用暖池核心区KX22-4钻孔中多属种浮游有孔虫的Mg/Ca比值分析，重建了3万年以来西太暖池的热含量变化。相关研究成果于2022年9月17日在线发表于国际知名期刊《自然通讯》（Nature communications）上。
本次研究结合气候瞬变模拟分析显示：（1）热带太平洋在末次冰期处于类厄尔尼诺的状态，冰消期时热带太平洋表层水的纬向温差增大，呈现出类拉尼娜的热状态，在进入全新世后再次向类厄尔尼诺转变，而这种轨道尺度上类厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）状态的转化主要受岁差的调控（图2）；（2）现代28°C暖池出现于大约一万两千年前，对应岁差极小值和类拉尼娜态最鼎盛状态，同时，暖池的热含量也达到最大值，其范围在此后开始显著扩张；（3）西太暖池与东赤道太平洋和西南太平洋位于南大洋翻转环流路径上的次表层水温度在冰消期的升温时间约为22 ka，对应于暖池热含量的升高与岁差极大值，而超前于表层海水温度变化（图3），可能源于冰消期南大洋将积累的过量热通过浅层翻转环流的向北输送。强化的热带升温促进了冰消期类ENSO态的转变和全球的快速升温。
本研究得到国家自然科学基金和山东省海洋科学与技术试点国家实验室（青岛）专项资金的资助。
论文信息：Shuai Zhang, Zhoufei Yu*, Yue Wang, Xun Gong, Ann Holbourn, Fengming Chang, Heng Liu, Xuhua Cheng, Tiegang Li*. Thermal coupling of the Indo-Pacific warmpool and Southern Ocean over the past30,000 years. Nature communications 13, 5457(2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33206-y.
图1 研究所使用的站位图（蓝色圆点为表层水温度记录站位、黄色五角星为次表层水温度记录站位、红色五角星为热含量记录的KX22-4钻孔位置）
图2 3万年以来印太暖池热变化与类ENSO状态变化
图3 末次冰消期西太平洋暖池与南大洋之间的热耦合222022-09 -
中华叉羽叶（种子蕨植物）在中国华南的新发现及意义
叉羽叶属（Ptilozamites Nathorst）是早中生代的代表性种子蕨植物，在晚三叠世多样性达到最高。自1878年建立至今，已有一百四十余年的研究历史，曾在全球范围内广泛分布。然而，由于化石标本保存条件及形态特征认识的限制，对该植物的分类属性尚有争议，一些欧洲学者主张将其并入另外一种种子蕨植物枝羽叶属（Ctenozamites）。
该属在中国的研究历史首次开始于徐仁先生1950年命名的中华叉羽叶（Ptilozamiteschinensis）。该植物最早发现自我国湖南，并具有重要的生物地层学和古地理学指示意义。由于过去缺少完整标本和角质层解剖构造技术，中华叉羽叶被欧洲学者并入到假篦羽叶属（Pseudoctenis）。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所博士生许媛媛，在导师王永栋研究员和祝幼华研究员的指导下，与张筱青博士、鲁宁博士、李丽琴博士，以及罗马尼亚布加勒斯特大学、德国慕尼黑大学以及西南石油大学团队合作，对新近发现自中国华南的中华叉羽叶植物化石新材料开展了深入系统研究，对其形态学特征取得了新认识，并据此深入分析了其化石记录和时空分布特征。该成果近期发表在国际学术刊物《古植物与孢粉学论评》（Review of Palaeobotany and Palynology）。
新发现的化石标本采集自四川广元和广东花都地区的晚三叠世瑞替期地层，距今约2.03亿年左右，保存有二次羽状复叶和角质层微细构造。研究人员通过对中华叉羽叶新材料的深入剖析并结合已报道的叉羽叶属化石信息，否定了此前欧洲学者将中华叉羽叶归入到假蓖羽叶属（Pseudoctenis）的观点，并对其形态特征和角质层构造进行了补充修订。新材料还揭示出中华叉羽叶小羽片顶部特征具有明显的种内变异性，表现出或呈钝圆或具有2–4个的小锯齿（图1，2）；表皮细胞呈矩形且排列规则，双面气孔型，但以气孔下生为主，气孔器单唇型，保卫细胞明显下陷，为4–7个副卫细胞环绕（图3）。
研究团队还对中国已发现的叉羽叶属植物化石进行了详细比较和全面评估，提出中华叉羽叶不同发育阶段可能存在不同的蕨叶形态，这对于认识和探究该植物的形态及生长发育阶段具有重要意义。
通过对中国植物化石记录的时空分布特征分析，研究人员认为中华叉羽叶具有重要的地层时代指示意义（图4）。该植物仅局限分布于中国晚三叠世的南方植物区，且在瑞替期最为繁盛，至今未在其它年代地层和地区有确凿的化石记录。
本研究得到了国家自然科学基金项目、中科院战略先导B类项目、现代古生物学和地层学国家重点实验室基础和自主项目以及江苏省自然科学基金项目联合资助。
论文信息: Yuanyuan Xu, Mihai E. Popa*, Xiaoqing Zhang, Evelyn Kustatscher, Ning Lu, Liqin Li, Jianli Zeng, Tingshan Zhang, Yongdong Wang*, 2022. Ptilozamiteschinensis (Pteridospermopsida) from the Late Triassic of South China with considerations on its intraspecific variability and palaeoenvironmental preferences. Review of Palaeobotany and Palynology, 304: 104727. https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2022.104727.
图1. 采自四川广元地区和广东花都地区的中华叉羽叶（Ptilozamiteschinensis）新标本及其上（c）下（d）表皮特征
图2. 采自四川、湖南、广东等地的中华叉羽叶标本，示小羽片顶部的种内变异性特征
图3. 中华叉羽叶表皮细胞及气孔器结构特征
图4. 晚三叠世中华叉羽叶在中国的分布特征202022-09 -
澄江动物群完整化石标本揭示奇虾类系统演化新信息
奇虾类动物（anomalocarids）作为最早称霸海洋的大型掠食动物和顶级捕食者，它们在寒武纪早期的出现，标志着寒武纪大爆发时期金字塔式食物链的存在以及复杂生态系统的建立。奇虾类的身体造型怪异，最大体长推测可超过2米；它们的头部由一双视觉良好的复眼、一对多刺的掠食型前附肢以及一只辐射状的口器等器官构成，表现出在捕食上的高度特化；其流线型躯干上长有一系列成对的桨状叶和鳃片，分别用于游泳和呼吸；尾部具有一至三对桨状叶组成的尾扇，部分物种还具有细长的尾叉，在运动中可起到转向和平衡的作用。
自从1886年在加拿大洛基山脉首次发现以离散前附肢保存的奇虾类化石至今，在其130余年的研究史中，古生物学家们曾将奇虾类的不同身体零件解释为各种各样的动物。随着全球各地化石标本的不断发现，特别是完整保存标本的发现和深入研究，奇虾类现在被认为是一类原始的节肢动物。
奇虾类由最早发现的奇虾属（Anomalocaris）而得名，在分类学上归属于射齿目（Radiodonta）。目前为止，奇虾类最早的化石记录可追溯到约5.2亿年前的寒武纪早期，最晚延续至约4.0亿年前的早泥盆世；其演化历史不短于1.2亿年，并呈现出全球性的地理分布特点。目前，奇虾类所在的射齿目已发现20多个属、30多个种，分属于四个科一级分类单元，包括奇虾科（Anomalocarididae）、抱怪虫科（Amplectobeluidae）、筛虾科（Tamisiocarididae）和赫德虾科（Hurdiidae）。尽管奇虾类多样性很高，然而完整保存的化石标本却非常稀少，这使得大部分奇虾类物种缺少除前附肢外的形态和解剖学等信息。正因为如此，奇虾类各科、各属种之间的系统演化关系扑朔迷离，尚未得到很好的解析。
最早发现于云南澄江帽天山的寒武纪早期澄江动物群，是独一无二的化石宝库和世界自然遗产。澄江动物群不仅具有奇虾类确切的最早化石记录，也是迄今保存奇虾类物种多样性最高的化石群。1994年，由中国科学院南京地质古生物研究所陈均远研究员领衔的研究团队，在美国《科学》（Science）杂志上发表了包括两块完整标本在内的澄江动物群奇虾类化石，在学术界和社会大众中引起了轰动。其中一块在1990年采集于帽天山的奇虾类标本（图1），已成为了澄江动物群的标志性符号之一。自发表后，该化石标本和复原图经常出现在国际学术活动、各类科普作品和媒体报道中，并作为澄江动物群的标志入选1999年中国科学院建院50周年代表性科技成果之一，以纪念邮票的形式公开发行。然而，自1994年首次发表以来，这块完整的奇虾类化石标本并未得到深入系统研究，成为奇虾类和早期节肢动物演化研究领域的一大缺憾。
近期，南京古生物所朱茂炎研究员团队的曾晗副研究员、赵方臣研究员等人对包括这块完整的奇虾类标本在内的相关化石进行了精细的形态解剖研究。结果发现，这块经典的奇虾类化石标本在前附肢形态、桨状叶数量、尾扇组成等特征上均不同于其他已命名的奇虾类属种，应属于一个新属新种。研究者以这块化石标本为正模式标本，将其命名为帽天山开拓虾（Innovatiocaris maotianshanensis），以纪念陈均远先生开拓创新的科学精神和对澄江动物群与寒武纪大爆发研究的贡献。研究成果于近期在线发表在英国《地质学会会刊》（Journal of the Geological Society）上。
该枚帽天山开拓虾正模标本展现出包括肠道、肌肉等精美的软躯体生物学特征，同时也揭示了奇虾类头部前附肢、眼睛、头壳等构造之间的空间关系，以及颈部、桨状叶等部位的解剖细节。依据这些新的解剖学信息，研究者与南京古生物所化石复原师杨定华合作，对帽天山开拓虾进行了三维艺术复原（图2）。
依据获得的解剖学新线索，研究者还在加拿大布尔吉斯页岩生物群中的加拿大奇虾（Anomalocaris canadensis）标本上，找到了此前未曾报道的相关构造。此外，研究者还依据离散的前附肢标本，描述了澄江动物群中另外两个可能属于开拓虾属的奇虾类新种，分别为开拓虾未定种（Innovatiocaris? sp.）和多刺开拓虾（Innovatiocaris? multispiniformis）。这些解剖学信息为奇虾类研究提供了宝贵的新数据。
在形态解剖学数据的基础上，研究者采用系统发生方法对奇虾类的系统学和演化进行了重新分析。此前的研究表明，奇虾类前附肢在基部到远端的不同区域有明显的形态分化。尽管这些形态分化特征暗含了宝贵的演化信息，然而这些信息并没有得到以往系统发生研究的重视。基于这点，研究者系统梳理了奇虾类的性状特征，对前附肢不同部位的形态分化进行了详细编码，同时对奇虾类多个属种的数据进行了补充和修订，采用简约法和贝叶斯法进行演化树重建。相对以往的研究，此次奇虾类系统发生关系的解析度得到了明显的提高。同时，根据研究数据对奇虾类四个科之间的演化关系、部分奇虾类物种的演化位置等方面提出了新观点（图3）。系统发生分析表明，帽天山开拓虾不属于已知奇虾类四个科中的任何一个，其演化位置位于非赫德虾类的基部或赫德虾科的基部，靠近赫德虾科和非赫德虾类的分异点，即接近奇虾类演化树的根部。因此，帽天山开拓虾为奇虾类的起源和演化提供了一个重要参考点。
本项研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室等项目的支持。
论文相关信息：Han Zeng, Fangchen Zhao*, Maoyan Zhu, 2022. Innovatiocaris, a complete radiodont from the early Cambrian Chengjiang Lagerstatte and its implications for the phylogeny of Radiodonta. Journal of the Geological Society, https://doi.org/10.1144/jgs2021-164.
图1 帽天山开拓虾（Innovatiocaris maotianshanensis）正模式标本及解释图
图2 帽天山开拓虾（Innovatiocaris maotianshanensis）三维艺术复原（杨定华制作，曾晗、赵方臣指导）
图3 该研究得到的奇虾类系统发生树，分别为简约法（a）和贝叶斯推断（b）的结果，示帽天山开拓虾（Innovatiocaris maotianshanensis）的演化位置192022-09 -
7.2亿年前的岩浆岩省与雪球地球的启动
在新元古代成冰纪，地球表面系统先后经历了司图特冰期（Sturtian，7.17-6.60亿年前）和马林诺冰期（Marinoan，6.50-6.35亿年前）两次整个地球几乎完全被冰雪覆盖的雪球地球事件。这种极端气候的诱因及其影响是学界持续关注的前沿热点领域之一。
北美约7.2亿年前的富兰克林大火成岩省喷发，在古赤道附近侵入富集硫的地层，且在时间上与司图特冰期启动时间一致，因此其被认为是司图特冰期启动的重要因素。具有代表性的相关模型为火山冬天模型和基性岩风化模型。前者认为，冷的背景气候可以降低赤道附近的对流层顶高度，促使富兰克林大火成岩省喷发的SO2可以进入平流层，造成行星反照率突然增加，引起全球降温；而后者则认为，富兰克林大火成岩省产生的大规模基性熔岩持续风化，推动了大气中温室气体CO2下降到一个可以促发雪球的阀值。
然而，近期研究发现，大火成岩省的总面积或者其在热带的面积与大陆冰盖的规模之间关系微弱。富兰克林大火成岩省单独作用是否可以启动司图特冰期？如何通过地质证据建立寒冷背景气候与火山喷发SO2注入平流层之间的联系？这些问题至今仍未得到很好的回答。
除了富兰克林大火成岩省，其他大陆也可能发育有约7.2亿年前的大规模岩浆活动。基于细粒沉积岩的Nd同位素和含量的研究，发现在临近司图特冰期之前，华南地区源自基性源区风化形成的碎屑组分贡献率最高可达80%，暗示当时华南很有可能也发育有较大规模的基性岩浆活动。因此，查明约7.2亿年以前岩浆作用的时-空间分布对深入理解司图特冰期的启动机制具有重要意义。
基于上述科学问题和研究思路，中国科学院南京地质古生物研究所杨传副研究员与中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士团队等合作，通过高精度地质年代学和全岩地球化学的综合研究，在华南的南秦岭地区识别出一个与富兰克林大火成岩省时代相近的岩浆岩省，称为湖北-陕西岩浆岩省。
此次华南研究新识别出来的7.2亿年前的湖北-陕西岩浆岩省拓展了成冰纪雪球地球启动前大规模岩浆活动的时空分布，并且地质证据将司图特雪球地球启动之前冷的背景气候与冰期启动时期平流层气溶胶的注入联系起来，提供了合理的雪球地球启动机制。相关研究成果发表在国际知名刊物《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）上。
湖北-陕西岩浆岩省的主喷发期时间为7.2亿年前，早于司图特冰期启动约三百万年；分布面积至少有10万平方公里；岩石组合主要包括双峰式的喷出岩和侵入岩。通过野外地质、岩石组合、全岩地球化学综合研究显示，湖北-陕西岩浆岩省形成于典型大陆裂谷环境。玄武质岩浆来自不同深度的软流圈地幔，通过分离结晶和同化混染形成少量与玄武岩互层的中性岩；同期底侵的基性岩浆提供热源，引起地壳重熔形成相关的流纹岩。
研究获得的高精度地质年代学、古地理和地球化学数据综合分析显示：（1）相关的大规模岩浆活动从7.2亿年前开始，持续到司图特冰期启动；（2）这些7.2-7.17亿年前的岩浆活动横跨罗迪尼亚超大陆，从赤道到中纬度地区；（3）湖北-陕西岩浆岩省与劳伦-西伯利亚大火成岩省的基性岩具有可对比的地球化学组成特征。鉴于岩浆活动年龄和地球化学成分上的一致性、空间分布的广泛性以及富兰克林地幔柱的记录，这些7.2-7.17亿年前的岩浆岩省可以用罗迪尼亚超大陆下伏的超级地幔柱来解释。
另外，研究提出，发生在司图特冰期之前几百万年的低-中纬度的火山可能增强了全球风化，创造了冷的背景气候，降低了赤道附近对流层顶的高度，促使富兰克林大火成岩省喷发的SO2顺利进入平流层，这一链式反应最终可能引发了司图特雪球地球的启动。
论文第一作者为地质与地球物理所路凯博士，通讯作者为南京古生物所杨传博士和地质与地球物理所李献华院士，研究团队还包括地质与地球物理所Ross Mitchell研究员、周久龙博士、吴黎光博士和云南大学王选策教授。
论文相关信息：Kai Lu, Ross N. Mitchell, Chuan Yang*, Jiu-Long Zhou, Li-Guang Wu, Xuan-Ce Wang, Xian-Hua Li*. Widespread magmatic provinces at the onset of the Sturtian snowball Earth. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 594, 117736. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117736.
图1司图特冰期记录和7.2亿年前岩浆岩省的古地理分布、相关地质年代学数据总结，以及富兰克林大火成岩省地球化学的空间分带
图2 华南北部7.2亿年前岩浆岩省的时-空分布特征以及高精度地质年代学结果
图3 华南北部7.2亿年前岩浆岩省的地球化学特征
图4 富兰克林、伊尔库茨克和湖北-陕西岩浆岩省基性岩石的地球化学特征对比（湖北-陕西岩浆岩省地球化学特征类似于富兰克林大火成岩省外带基性岩的特征）142022-09 -
蜕皮动物体构起源研究取得重要进展科研人员通过陕南约5.35亿年前的微体化石“皱囊虫”（Saccorhytus）的深入研究，对其亲缘关系和演化意义给予了全新解读，为蜕皮动物体构起源研究提供了重要信息。研究论文于2022年8月17日在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）杂志上在线发表。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、长安大学、美国弗吉尼亚理工大学、英国布里斯托尔大学、山东科技大学、德国柏林自由大学、中国地质科学院地质研究所、自然资源部第一海洋研究所和瑞士光源的科学家组成的国际联合研究团队共同完成。
科研人员通过陕南约5.35亿年前的微体化石“皱囊虫”（Saccorhytus）的深入研究，对其亲缘关系和演化意义给予了全新解读，为蜕皮动物体构起源研究提供了重要信息。研究论文于2022年8月17日在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）杂志上在线发表。该成果由中国科学院南京地质古生物研究所、长安大学、美国弗吉尼亚理工大学、英国布里斯托尔大学、山东科技大学、德国柏林自由大学、中国地质科学院地质研究所、自然资源部第一海洋研究所和瑞士光源的科学家组成的国际联合研究团队共同完成。
皱囊虫于2017年报道于陕南西乡县张家沟剖面寒武系幸运阶宽川铺组的含磷灰岩中，被解释为最早的后口动物，并由此提出后口动物可能有一个毫米大小的、生活在海底泥沙缝隙中的、有口无肛的祖先类型。后口动物包括棘皮动物（海百合，海星，海胆等）、半索动物（肠鳃类和羽鳃类等）、头索动物（文昌鱼等）、尾索动物（海鞘等）和脊椎动物（鱼、青蛙、鳄鱼、恐龙、鸟、老虎、熊猫和人类等）。支持皱囊虫为后口动物的关键特征是化石中的“鳃孔”结构，被认为是后口动物的原始特征之一。
皱囊虫是毫米大小的两侧对称动物，具有囊形的身体和末端的开口，围绕口发育了辐射状皱褶，辐射对称排列的具刺突起。本次基于更多的、保存更加完整的化石标本的深入研究表明，皱囊虫身体两侧对称排列了具刺骨板，反口面有大量小刺，而曾被解释为“鳃孔”的结构，很可能是封闭的具刺骨板在化石化过程中磨损形成的孔状结构。皱囊虫的一些关键特征，比如发育表皮又叫角质层、上皮不具纤毛、末端的口和环口的辐射对称排列的结构，表明它和蜕皮动物有更近的亲缘关系，因此皱囊虫更可能是蜕皮动物而不是后口动物。
蜕皮动物是原口动物的一个分支，它包括环神经动物（鳃曳虫，动吻虫，蛔虫，马线虫等）和泛节肢动物（天鹅绒虫，水熊虫，三叶虫，蜘蛛，昆虫，蜈蚣，虾，蟹等）。已知最早的蜕皮动物化石出现在寒武纪幸运期，但都是环神经动物，皱囊虫为已知最早的蜕皮动物增添了全新类型。皱囊虫在蜕皮动物内部的系统位置尚未解决，它可能是环神经动物的祖先类型、泛节肢动物的祖先类型或蜕皮动物的祖先类型。
蜕皮动物一般具有“蠕形”体构，它们的最晚共同祖先可能也是蠕形的。皱囊虫的“囊形”体构明显有别于其它蜕皮动物的“蠕形”体构，这表明“蠕形”并不是蜕皮动物唯一的体构类型，蜕皮动物最晚共同祖先也可能并非蠕形。
蜕皮动物体构的起源仍有待于对寒武纪幸运期已知最早的蜕皮动物的相互演化关系的进一步研究。
论文信息：Yunhuan Liu, Emily Carlisle, Huaqiao Zhang*, Ben Yang, Michael Steiner, Tiequan Shao, Baichuan Duan, Federica Marone, Shuhai Xiao*, Philip C. J. Donoghue*, 2022. Saccorhytus is an early ecdysozoan and not the earliest deuterostome. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-022-05107-z.
注：本文第一作者为长安大学刘云焕教授与英国布里斯托尔大学Emily Carlisle女士；通讯作者为中国科学院南京地质古生物研究所张华侨研究员(hqzhang@nigpas.ac.cn)、美国弗吉尼亚理工大学肖书海教授、英国布里斯托尔大学Philip C. J. Donoghue教授。
皱囊虫标本的扫描电镜照片
皱囊虫复原图（杨定华绘制）
皱囊虫系统位置图
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华南板块东南缘晚古生代构造背景新认识华南板块由扬子板块和华夏板块于新元古代早期拼合而成。随着古特提斯洋在早-中泥盆世时期打开，华南板块孤立地处于泛大陆（Pangaea）东侧古赤道附近，直到二叠纪–三叠纪之交才与华北板块最终碰撞拼合。
华南板块由扬子板块和华夏板块于新元古代早期拼合而成。随着古特提斯洋在早-中泥盆世时期打开，华南板块孤立地处于泛大陆（Pangaea）东侧古赤道附近，直到二叠纪–三叠纪之交才与华北板块最终碰撞拼合。
由于华南板块在晚古生代时期独特的古地理位置，其东南缘的构造环境对于认识同时期泛大陆东侧的构造动力学状态具有重要科学意义（图1）。正因同时期碳酸盐台地广泛发育，且缺少显著的岩浆作用、构造作用及变质作用等记录，华南板块东南缘一直以来被认为属于稳定的被动大陆边缘构造环境。
然而，近年来大量的晚古生代年龄的碎屑锆石被报道存在于二叠纪–三叠纪碎屑沉积岩中，表明这一时期该板块存在显著的岩浆活动。目前，针对泥盆纪–早石炭世和早二叠世–三叠纪地层已开展了大量的碎屑锆石研究工作，而对于华南板块东南缘的构造环境仍然存在争议，其构造环境争议的关键时期又聚集于晚石炭世。目前争议主要有三种模式：（1）其构造环境由石炭纪的被动大陆边缘环境转变为早二叠世的活动构造环境；（2）贯穿晚古生代的活动的板块汇聚边缘环境；（3）裂谷相关的构造环境。
由于晚石炭世碎屑岩沉积有限，碎屑锆石研究工作尚未系统开展，在一定程度上限制了我们对于华南板块晚古生代构造环境及古地理演化的认识。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队高彪博士后及其合作导师陈吉涛研究员，联合团队郑全锋副研究员、黄兴博士和博士生辛浩等，针对浙江省江山市晚石炭世的一套碳酸盐岩与碎屑岩混合沉积序列开展了沉积学、生物地层学、碎屑锆石U-Pb测年、锆石微量元素测试及Hf同位素测试等综合性研究。研究对华南板块东南缘晚古生代构造环境进行了系统恢复，建立了华南板块东南缘中–晚古生代时期的构造环境和地质动力学模式。成果近期发表于国际知名期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）。
此次研究主要基于碎屑锆石的物源分析，结果表明碎屑沉积物主要来源于研究区东南侧的华夏古陆。结合碎屑锆石最年轻年龄数据与生物地层限定，揭示了物源区的岩体是在约318.5 Ma发生快速抬升遭到剥蚀。通过碎屑锆石Hf同位素数据，并结合基于微量元素计算的地壳厚度数据，共同揭示出华南板块在中–晚古生代时期其下部地壳物质不断拆离，进而导致地壳厚度减薄的过程（图2）。
综合本次新发现和已有的认识，研究提出华南板块东南缘晚古生代一直处于汇聚俯冲边缘环境，并且受其热扰动影响，导致地壳厚度不断减薄，古地理面貌逐渐平缓（图3）。此外，该研究对于认识华南板块晚古生代铝土矿和碳酸盐岩层控铀矿等矿产资源的时空分布规律也具有重要意义，将有助于进一步指导矿产资源的勘探。
该项研究得到中国科学院先导科技专项B类，国家自然科学基金以及现代古生物学和地层学国家重点实验室基金联合资助。
文章相关信息：Gao, B., Chen, J.T.*, Huang, X., Xin, H., and Zheng, Q.F. (2022), Resolving the tectonic setting of South China in the late Paleozoic, Geophysical Research Letters. First published: 04 August 2022. https://doi.org/10.1029/2022GL099809.
图1 研究区构造-古地理纲要图及藕塘底剖面岩性柱状图和特征性砂岩照片
图2 华南板块东南缘构造环境分析综合图 (a) 最年轻碎屑锆石的加权平均年龄；(b) 碎屑锆石构造环境判别图；(c) 碎屑锆石综合年龄谱图；(d) 碎屑锆石εHf(t)数据；(e) 基于碎屑锆石计算的地壳厚度
图3 华南板块东南缘构造模式图112022-08 -
白垩纪末期火山碳排放导致全球变暖和生物多样性剧变
显生宙第五次生物大灭绝，即白垩纪末期（约6600万年前）大灭绝从根本上重塑了地球的生态系统，结束了超过1.5亿年的恐龙时代，并为哺乳动物的崛起铺平了道路。目前，该大灭绝的原因仍处于激烈争论当中。其中，印度徳干玄武岩喷发和小行星撞击是两个主流观点。德干玄武岩喷发的时间及其对全球环境的影响是当前研究的热点。
实际上，在大灭绝发生前约15–30万年，徳干大火成岩省以侵入和喷发的方式排放了大量的CO2等温室气体，可能导致了全球升温2–5°C，学界称之为马斯特里赫特期末期变暖事件（Latest Maastrichtian warming event；LMWE）。阐明该变暖事件的机制和过程可为了解白垩纪末大灭绝的起因提供重要证据，同时也为我们了解碳循环与温室地球的耦合关系提供新的见解。
然而目前我们对该事件了解非常有限，特别是与徳干火山首次喷发相关的记录能否在陆相沉积中发现？马斯特里赫特期末期变暖事件如何影响陆地生态系统？这两个问题一直缺少关键证据。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所李莎副研究员、王博研究员、张海春研究员、王启飞研究员与天津大学陈玖斌教授、中国地质大学（北京）万晓樵教授等合作，利用山东省跨越白垩系/古近系（K/Pg）界线的两口钻井的岩心资料，基于高精度的生物地层学、古生态学和地球化学方法，详细研究了德干火山首次喷发在东亚的记录以及湖泊环境和生物群对此事件的响应。研究结果为马斯特里赫特期末期变暖事件与德干火山首次喷发的耦合关系提供了强有力的证据，并表明该变暖事件对湖泊环境和生物群也造成了明显的影响。相关研究成果于近日在线发表于国际地学知名期刊《地质学》（Geology）。
此次研究的两口钻井岩心分别代表了两种不同的沉积环境：胶莱盆地的碎屑岩沉积和平邑盆地的碳酸盐岩沉积。由于火山喷发释放大量的汞会记录在地层中，因此汞记录被广泛用作火山活动的示踪剂。两个钻孔的样品在在白垩系/古近系界限之前的马斯特里赫特期末期变暖事件期间都表现出强烈的汞富集。胶莱盆地的汞峰值区域内汞同位素Δ199Hg在零附近，代表来自地球深处、直接的火山排放作用来源；而平邑盆地的汞峰值区域内汞同位素Δ199Hg明显正偏，推测与Hg2+光还原作用相关。
为了探明德干火山活动对湖泊环境和生物群的影响，研究团队还进行了碳同位素和古生物学研究。胶莱盆地有机碳同位素和平邑盆地无机碳同位素同时发生强烈负偏，表明徳干大火成岩省的主要脉冲对汞和全球碳循环有巨大影响。两个湖泊生物群对变暖事件有明显的响应，胶莱盆地和平邑盆地的轮藻、介形类成种作用明显，生物多样性升高。而在海洋中，浮游有孔虫属种则发生部分灭绝、侏儒化、灾难物种盛行的现象，说明马斯特里赫特期末期变暖事件以不同的机制同时影响了海洋和陆地的生态系统。
研究结果表明，德干火山活动使地球处于相对温暖的气候条件，而这种变暖可能使全球生物地球化学循环更接近于温室环境失控的临界点。这可能是白垩纪末期大灭绝发生的背景条件。
总之，研究结果为我们了解火山碳排放与温室地球之间的关系提供了新的证据，也为理解当今全球变暖对湖泊环境和生物群的影响提供了参考。
此项研究获得了国家自然科学基金委和中国科学院青年创新促进会的资助。无机碳同位素、有机碳同位素、主微量元素、微体化石扫描电镜成像相关工作在中国科学院南京地质古生物研究所实验技术中心平台完成，感谢刘静、吕苗、方艳、关成国、彭丽、李光在样品制备、样品测试和数据采集工作中的帮助。
论文相关信息：Sha Li, Stephen E. Grasby, Xiangdong Zhao, Jiubin Chen, Daran Zheng, He Wang, Yanan Fang, Qi Zhang, Tingting Yu, Jingxiang Tian, Shengxian Du, Edmund A. Jarzembowski, Qifei Wang, Haichun Zhang, Xiaoqiao Wan, Bo Wang; Mercury evidence of Deccan volcanism driving the Latest Maastrichtian warming event. Geology 2022. https://doi.org/10.1130/G50016.1.
图1. 汞示踪徳干大火成岩省的全球记录。
图2. 胶莱盆地徳干大火成岩省在陆相地层中的层位标定：（A）δ13Corg；（B） TOC；（C）Hg；（D）Hg/TOC；（E）Hg/Al；（F）Δ199Hg。水平橙色矩形代表汞峰值区间，橙色虚线代表根据轮藻生物带和介形类化石标定的K/Pg界线；灰色圆点和黄色/橙色条带分别代表发现轮藻和介形类的化石层位、以及它们的延限分布
图3. 平邑盆地徳干大火成岩省在陆相地层中的层位标定：（A）δ13Ccarb；（B） δ18Ocarb ；（C）Hg；（D）Hg/Al；和（E）Δ199Hg。水平橙色矩形代表汞峰值区间，橙色虚线代表根据轮藻生物带标定的KPg界线；灰色圆点和黄色/橙色条带分别代表发现轮藻和介形类的化石层位、以及它们的延限分布212022-07 -
扬子台地西缘奥陶纪地层框架与古地理系列进展
华南板块奥陶系序列齐全、发育良好，是奥陶纪生物大幅射研究的经典地区之一。不过，过去的研究多集中在板块内部较深水相区，而对边缘近岸浅水相区的关注明显偏少。因此，该区域精细的地层框架仍未建立，也制约了对华南奥陶纪重大生物、环境事件的全面深入研究。
扬子台地西缘在奥陶纪时期地处川中古陆以南、康滇古陆以东和滇黔桂古陆西北，大体位于现今的昆明–西昌–成都之间，是华南奥陶纪主要的近岸浅水沉积区，因此是理解华南浅水区奥陶纪生物大幅射的关键地区。
近年来，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队对扬子台地西缘的奥陶系进行了广泛而深入的考察，在地层划分对比与古地理等方面取得了一系列新认识，为从盆地尺度探讨华南奥陶纪生物大幅射提供更为精细的地层框架。相关研究已刊载于国际期刊《远古世界》（Palaeoworld）以及国内核心期刊《地层学杂志》和《高校地质学报》等。
这些研究以详实的野外踏勘和高精度的室内分析为主要依据，厘清了研究区内奥陶系的空间分布规律，并提出一系列对地层命名使用规范的修订意见。主要包括：（1）建议恢复诺多组和华弹组以分别指代原“巧家组”的下部和上部，时代分属达瑞威尔早期和达瑞威尔晚期-桑比期；同时探讨了华弹组底部铁鲕层的分布与沉积特点，并新建西瑶层以凸显其在地层对比上的重要价值；（2）修订大箐组涵义，用于指代凯迪早期以厚层白云岩为特点的近岸浅水沉积；新建镇雄组，代表新识别出的、以生物扰动灰岩为特色的过渡相沉积，并认为后者渐变过渡至较深水的宝塔组网纹状灰岩沉积；（3）修订王家河坝组和铁足非克组，以分别代表凯迪晚期近岸白云岩相和近岸灰岩相沉积，同时认为铁足非克组的下部和上部向远岸分别过渡至莲峰组（新建，以深灰色泥晶灰岩为特色）和大渡河组的过渡相混合沉积；（4）在甘洛、布拖、镇雄等地确认了赫南特早-中期近岸暖水相沉积的存在，并在镇雄等地首次识别出赫南特晚期的近岸粗碎屑沉积，新建尾坝组称之，研究认为它代表了赫南特主冰期结束的暖水沉积；（5）在新的地层框架下，研究通过汇总现有已知剖面资料，分时段（达瑞威尔早期、达瑞威尔晚期-桑比期、凯迪早期、凯迪晚期、赫南特早-中期和赫南特晚期）针对性地探讨了奥陶系古地理变迁。
该系列研究得到现代古生物学和地层学国家重点实验室、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和中国科学院青年创新促进会的联合资助。
论文相关信息：
栾晓聪, 吴荣昌, 王光旭, 魏鑫, 詹仁斌, 2022. 浅谈华南上扬子区中奥陶统铁质鲕粒沉积. 地层学杂志, 46(1): 23–39.
王光旭, 梁艳, 魏鑫, 吴荣昌, 唐鹏, 栾晓聪, 崔雨浓, 2021. 扬子台地西缘奥陶纪岩石地层单位命名问题: 回顾与澄清. 地层学杂志, 45(4): 514–531.
王光旭, 梁艳, 龚方怡, 吴荣昌, 崔雨浓, 张一弛, 魏鑫, 栾晓聪, 詹仁斌, 2022a. 扬子台地西南缘奥陶纪达瑞威尔期-桑比期地层划分对比与古地理. 地层学杂志, 46(2): 118–137.
王光旭, 崔雨浓, 张竹桐, 吴荣昌, 魏鑫, 梁艳, 栾晓聪, 唐鹏, 詹仁斌, 2022b. 扬子台地西缘奥陶纪凯迪早期地层划分对比与古地理. 地层学杂志, DOI: 10.19839/j.cnki.dcxzz.2022.0005
王光旭, 崔雨浓, 魏鑫, 吴荣昌, 张竹桐, 王骞, 詹仁斌, 2022c. 扬子台地西缘晚奥陶世凯迪晚期地层划分对比与古地理. 地层学杂志, DOI: 10.19839/j.cnki.dcxzz.2022.0008
王光旭, 魏鑫，崔雨浓，张小乐，王骞，詹仁斌, 2022d. 扬子台地西缘奥陶纪末赫南特期地层划分对比与古地理. 高校地质学报, DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2022051
张小乐, 黄冰, 王光旭, 王怿, 吴荣昌, 李丽霞, 戎嘉余, 2022. 滇东北镇雄北部奥陶系-志留系界线地层的新观察. 地层学杂志, 46(1): 40–49.
Wang, G. X., Cui, Y.N., Liang, Y., Wu, R.C., Wei, X., Gong, F.Y., Huang, B., Luan, X.C., Tang, P., Li, L.X., Zhang, X.L., Zhang, Y.C., Zhang, Z. T., Wang, Q., Zhan R.B. 2022. Toward a unified and refined Ordovician stratigraphy for the western Yangtze region, South China. Palaeoworld. https://doi.org/10.1016/j.palwor.2022.04.003.
扬子台地西缘奥陶系及其与台地内部的对比
扬子台地西缘晚奥陶世凯迪晚期古地理图202022-07