詳細地質調查和同位素年代學研究發現

新疆的草原下有片3.7億歲的森林

2020年06月10日14:31  來源:科技日報
 

本報記者 張 曄

中國“最古老”的森林在哪裡?打開地圖,望著全國的名山大川,這個問題著實讓人難以回答。

但是,在茫茫戈壁的新疆准噶爾盆地西北角,有一個不起眼的小縣城和布克賽爾蒙古自治縣,這裡碧草千裡、水美天藍,誰也想不到這片草原之下竟然埋藏著3.71億年前的古老森林。

近日,中國科學院南京地質古生物研究所現代陸地生態系統起源與早期演化研究團隊的徐洪河研究員與香港大學鄭大燃博士等合作,對新疆塔城西准噶爾地區中—晚泥盆世數條陸相剖面進行了詳細的古生物學和同位素年代學研究,取得了該區域古環境變化的新認識。相關成果在線發表於國際地學期刊《三古》上。

越來越多粗大的植物化石現身

新疆塔城地區蘊藏著豐富的植物化石已不是什麼新聞。早在2015年,徐洪河團隊就在該地區發現了直徑70厘米的植物莖干化石。

“3.5億年前,地球處於泥盆紀,塔城地區曾是由一系列火山島弧都構成,這些火山島弧都分布在古赤道北部,熱帶地區的淺海之中,這裡氣候炎熱而濕潤,島嶼上植被茂盛,孕育了我國最古老的森林。”徐洪河告訴記者。

一開始,那些植物化石看起來並不起眼, 但是隨著越來越多粗大的植物化石現身,徐洪河很快就明白這或許是一片遠古時期的森林。

於是,研究團隊對西准噶爾地區四條富含植物化石的朱魯木特組地層剖面開展了詳細的地質調查、化石和岩石樣品採集和同位素年代學研究。

朱魯木特植物群包含有晚泥盆世森林中典型的樹型植物化石,其主要由石鬆類、古羊齒類和枝蕨類三類植物構成,這三類植物是構建中—晚泥盆世森林的典型樹木類型,它們的化石在西准噶爾地區廣泛分布。

這次,研究團隊對這一地區進行了更為詳細的地質調查和同位素年代學研究。他們對薩爾巴剖面植物化石層進行了高精度的鋯石鈾—鉛(U-Pb)定年,將朱魯木特植物群的時代限定在弗拉期最早期(371.5Ma±0.9Ma,Ma為百萬年)。這表明朱魯木特植物群是我國目前已知最早的森林,該森林的形成時間與弗拉期—法門期界線一致。這一時間,比遠古森林大規模出現的時代早1000多萬年。

此外,研究團隊還對251山剖面呼吉爾斯特植物群的同位素年代進行了重新處理和計算,獲得了更為精確的年代,將該植物群限定在距今約382.4Ma—380.4Ma。

遠古時期的森林與現在大不相同

大約5億年前,地球大陸逐漸披上了綠裝。最早登上陸地的植物是苔蘚、地衣這些低等植物,雖然它們個頭不大,卻具有頑強的生命力。經過大約1億多年的時間,它們逐漸改變了陸地上惡劣的生存環境,使充滿堅硬岩石的大地逐漸變得鬆軟和肥沃。

到了距今約4.2億—3.6億年的泥盆紀,陸地植物發生翻天覆地的變化。

3億多年前,塔城地區溫暖濕潤。根據地層研究,在化石埋藏點附近方圓80公裡范圍內都是茂密的森林,森林裡長滿了石鬆類、古羊齒類和枝蕨類植物。它們似乎找到長得更加高大的秘訣,每種植物都具有龐大粗壯的根系,而地上部分的個體不斷徑直向上生長,最高可以長到4米多,有的植物個體甚至達到了10多米的高度,這些植物不但足夠高大,而且密集分布,構成了最早的森林。

“古羊齒類和枝蕨類植物現在都已滅絕。石鬆類植物現在仍然有廣泛分布,但形態較遠古時期的祖先也發生了明顯改變。比如南京城牆下的陰涼處就生長著許多這種植物,但是個頭很小,看起來就像一棵草。”徐洪河說。

據科學家研究,泥盆紀的地球曾是植物的王國,目前已証實的植物化石記錄就有700多個屬。在泥盆紀,既有厘米級別的低矮草本,也有喬木狀的參天大樹﹔既有靠孢子繁殖的多種多樣的蕨類植物﹔也出現了最古老的、依靠種子進行繁殖的裸子植物,幾乎除被子植物以外所有的植物類群都已出現。但蕨類植物依然是當時的陸地霸主。

“我們判斷這些植物化石是否屬於一片森林,最明顯的識別標准就是植被的分層情況:頂層是最高可達4米以上的冠層植物,中間層有高度為1米左右的灌木,底層有大量低矮的草本植物。”徐洪河告訴記者,這次在塔城發現的“最古老”森林都滿足這些標准。“這些高大的石鬆類,以及其他一些低矮的灌木和細小草本,共同構成了我國最早的森林。”

(責編:羅彬月、陳康清)

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