微米級花粉化石告訴你2億年前在四川盆地發生的事情

四川省宣漢市三疊紀-侏羅紀之交的代表性孢子化石

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大約2億年前，地球上發生了一個非常重要的進化事件。最初連接配接的歐洲 - 北美 - 南美 - 非洲聯盟的土地解體，大西洋在中間開裂。在洶湧的海水中，數百公裡的火山群晝夜噴發，煙霧和灰燼遮蔽了天空，地質曆史結束了三疊紀生物滅絕事件。

過去，科學界對三疊紀末期大規模滅絕對海洋生物造成的破壞達成了共識。然而，對于廣袤土地生态的變化，存在着許多不同的觀點。歐洲和美洲的科學家隻發現了少數儲存完好的連續陸地沉積地層，碎片化的化石證據令人懷疑三疊紀末期的大規模滅絕事件是區域陸基生物替代還是全球陸地生态變化。

自2007年以來，中國科學院南京地質古生物研究所研究員王永東帶領中生世代植物與環境研究團隊，對四川盆地三疊紀侏羅紀地層進行了多學科深入研究，取得了一系列新進展。

近日，國際地球科學學術期刊《三谷》發表重要研究成果：中國科學院南京地質古生物研究所李立勤博士、王永東研究員與國外同行合作，在東北邊的川盆地七裡峽段發現了豐富的孢子花粉化石。正是這些肉眼無法直接看到的微觀實體石頭，正在獲得與世界各地幾種剖面圖的結果相同的資訊，這些資訊正在解決三疊紀 - 侏羅紀時期之交古代植被演替和古代氣候變化的奧秘。

四川盆地在三疊紀晚期充滿生機

在2.5億至2.01億年前，三疊紀時期是中生期的第一個時期，當時爬行動物占主導地位，裸莖植物迅速崛起。

擁有40億年曆史的地球，從誕生的那一天起，就沒有停止過闆塊運動，分裂成整合，使大陸的形态和地球的生态不斷重建。

2億多年前，三疊紀時期，東亞大陸與歐洲大陸沒有聯系，它們被浩瀚的提斯洋隔開。海西運動後，許多槽被改造成山地系統，土地面積擴大，在台灣地區形成了一些内陸盆地。泉珠爾盆地位于中國南部的四川盆地和中國西北部的泉湖盆地，位于特提斯洋的東緣，華北闆塊和華南闆塊之間也有廣闊的水域。

四川盆地和群措盆地是那個時期的典型代表，這些盆地的地理條件導緻沉積相和生物圈的進一步變化。

"雖然兩個盆地的緯度不同，但它們都有潮濕的氣候，肥沃的土壤和水，茂密的植被，高大的裸植物和低矮的蕨類植物繁殖着巨大的家族，如新蘆葦，雙花楠，硫磺，硫磺等，以及苔藓和松樹植物也出現在森林中。李立勤告訴科技日報，這些工廠經過數億年的地質活動，被埋在地下數百米甚至數公裡處，最終形成煤炭。

蕨類植物，也被稱為羊齒植物，屬于孢子植物。世界上約有12，000種蕨類植物，廣泛分布在世界各地，特别是在熱帶和亞熱帶地區。我國約有2600種，主要分布在長江以南的省份和地區。最早的裸株可以追溯到3.4億至3.95億年前，它們主要依靠風授粉來繁殖後代，并有一些昆蟲授粉。

常見的蕨類植物大多是低調的，而銀杏、松柏、蘇打水等鑷子都是多年木本植物，多為高大樹木，兩者都有不同的環境要求。裸株中的松柏主要分布在溫帶和寒冷地區，松柏屬于熱帶和亞熱帶植物，銀杏植物則位于溫暖的熱帶環境中。大多數蕨類植物喜歡溫暖潮濕的環境，而其他蕨類植物則耐旱。一般來說，蕨類植物更具彈性，更能抵抗極端環境。

"我們的研究發現，川漢、廣園、合川等地的河流、淺灘和泥炭沼澤燈火通明，周期性的高潮和低潮讓許多植物的孢子和花粉落入水中并聚集在一起，這為我們研究當時的陸地植物生态提供了良好的條件。"李立勤說。

微米孢子化石揭示古代環境變化

2億年前發生在三疊紀-侏羅紀之交的五次生物滅絕事件之一，已經摧毀了全球陸地生态系統。與海洋相比，陸地生态系統三疊紀至侏羅紀時期對重大生物事件的探索相對薄弱，特别是在東亞，對東部特提斯洋陸地生态系統反應的研究很少。重要原因是海相地層比陸相地層更連續、更完整，植物化石儲存的條件更為嚴格，有時科學家很難通過大型植物化石來還原當時陸地生态環境的變化。

在實地考察期間，研究人員對正家河組（珍珠清洗組）的地層進行了詳細調查，并從地層中采集了岩石樣本，并将其帶回實驗室進行分析和觀察。

"孢子和花粉儲存得更好，因為它們非常小，外壁足夠硬，水将它們沖刷在一起，很容易被埋在水下沙子中。李立琴解釋道。

這些孢子和花粉小于100微米大，隻有大約30微米小，必須用400倍的顯微鏡觀察，放大600倍才能清楚地成像。但正是這些微實體石頭成為揭示古代環境的解碼器。

"我們注意到，雖然四川盆地的環境在大約2億年前總體上是溫暖潮濕的，但蕨類植物孢子和鑷子中花粉的數量和類型在不同的地層中波動明顯，表明兩者在不同時期具有主導地位。"王永東說。

經過對化石标本的進一步詳細的地質調查和分析，他們得出了一條規則：在三疊紀晚期，真正的蕨類植物占主導地位，以雙扇蕨類植物，松柏和酸菜為代表，銀杏植物繁茂，以及少量種子蕨類植物，石松，苔藓和楔葉植物。在三疊紀晚期末期，松柏、酸菜和銀杏植物占主導地位，松柏的棕榈鱗冷杉開始出現，蕨類植物較少。到三疊紀-侏羅紀過渡期，植物多樣性較低，隻有少數蕨類植物占優勢。進入侏羅紀早期後，蘇蒂和銀杏植物恢複，松柏棕榈樹鱗片豐富，蕨類植物以蕨類植物/貝殼為代表。

三疊紀末期全球氣候發生巨大變化

"過去，許多人認為三疊紀末期，地球開始出現溫室環境，導緻大量動植物滅絕。我們的研究更精确地分析了大滅絕前六百萬年的氣候變化，發現該地區經曆了溫暖，潮濕（短期冷卻） - 幹式冷卻 - 溫度恢複曲線波動。王永東告訴記者。

王永東介紹："三疊紀末期，歐洲大陸和非洲大陸的特提斯洋西海岸出現了大面積集中的火山噴發活動，這些地區被籠罩在天空覆寫的火山灰中，大量的二氧化硫進入海洋，造成酸化和缺氧， 是以90%以上的海洋生物滅絕，陽光因煙塵和灰燼而引起溫度迅速下降，然後由于火山排放，二氧化碳在短時間内積聚在大氣中，然後溫度迅速恢複。"

雖然中國的四川盆地和泉湖盆地位于特提斯洋東岸，但火山灰在這裡逐漸擴散，導緻這些地區的氣候突然變化，進而影響陸地生态系統。

研究發現，三疊紀-侏羅紀過渡期顯著呈現出三疊紀孢子的峰值，晚期三疊紀末期的短期降溫，以及侏羅紀早期變暖的古代氣候變化趨勢，與世界各地，特别是特提斯洋西部邊緣的幾種代表性剖面的結果一緻， 并揭示了三疊紀-侏羅紀時期之交的全球陸基古代植被和古氣候演替變化。

本研究是中國南方三疊紀-侏羅紀轉孢子菌群資料最翔實的高分辨率記錄，為三疊紀-侏羅紀時期之交陸地生态系統對重大地質事件的響應提供了重要證據。

（記者 張偉）