被子植物在早白垩世的起源和辐射演化是地球科学研究的热点之一。地处我国西北内陆的甘肃酒泉盆地发育长序列下白垩统湖相沉积,被古生物学界作为广义热河生物群的代表地区之一。

中国辽宁四合屯地区的早白垩系地层作为白垩纪古生物化石和火山活动的博物馆,受到国内外地质古生物学家的高度关注!
该地区白垩系义县组三段沉积岩形成于火山活动频繁时期,
而且富含闻名全球的热河生物群化石,是研究早白垩世陆相古气候环境变化、生物演化的重要地区。李艳的论文试图通过详细的有机地球化学分析来研究辽西热河生物群发育时期的古气候环境、碳循环机制,
以及火山活动古气候环境等的影响。这也是目前这一地区所缺乏的研究工作。

辽西早白垩世热河生物群因产出带毛恐龙和早期被子植物等化石而闻名于世,但对该生物群中保存有解剖构造特征的木化石研究相对较少(目前仅报道5属6种)。近年来,中国科学院南京地质古生物研究所研究员王永栋领导的研究团队对辽西地区侏罗纪和白垩纪的木化石进行了系统采集和研究,并陆续取得了新进展。近日,国际学术期刊《白垩纪研究》(Cretaceous
Research
)杂志发表了由沈阳地质矿产研究所、沈阳师范大学、南京古生物所和中国地质科学院等单位专家共同完成的有关辽西北票义县组木化石新发现的研究成果。

中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心博士张明震等通过对酒泉盆地南缘旱峡剖面下白垩统详细的孢粉学研究,发现多个典型早期被子植物花粉类型,包括网面三沟型、单沟型、歧槽型以及多孔型。这些典型的早期被子植物花粉化石首先可以作为良好的标志化石,指示下白垩统中沟组地质时代为Albian期。其次这些类型在纵向分布上具有显著的分异,剖面中下部主要是网面三沟型,中部出现少量歧槽型和多孔型,顶部大量出现歧槽型、单沟型,并且网面三沟型花粉数量急遽减少。通过孢粉植物群和沉积古气候恢复,发现这一分异特征伴随着向干旱化发展的显著气候变化趋势,推测该时期古气候变化严重影响早期被子植物的辐射演化进程。

李艳等的研究发现辽西下白垩统义县组三段四合屯沉积岩中有机质丰度、烃类化合物组成分布在垂向剖面上具有明显的阶段性变化特征,而这种阶段性变化是气候环境变化的产物和反映。比如正构烷烃主峰碳数的规律性变化可能反映了义县组三段沉积时期古气候条件由温湿气候逐渐向干旱气候转变再回归温湿气候的特征;而正构烷烃与甾、藿烷的碳同位素组成及其在剖面上呈现相似的正偏移趋势,表明它们可能具有相同的母源输入并反映了与沉积盆地古环境变化具有一致性的特征。而在沉积岩中检测到的C2417,21-断藿烷仅在剖面下部和中部个别样品中检出,且该化合物的碳同位素组成较正构烷烃、甾烷、藿烷以及C308,14-断藿烷要明显偏重约3.6~6.7‰,表明C2417,21-断藿烷很可能与剖面中、下部火山灰沉积和大量脊椎动物化石的产出有关。该论文还根据剖面上正构烷烃碳同位素组成自下而上逐渐正偏的趋势重建了古大气CO2碳同位素组成及变化,该变化与早白垩世时期全球大气CO2浓度及其碳同位素组成的偏移变化一致,因而认为早白垩纪时期全球性频繁的火山喷发活动是导致气候逐渐变暖的主要原因。

该成果通过系统解剖学的研究,报道了北票黑城子盆地下白垩统义县组发现的解剖构造保存完好的四个木化石类群,其中三个为首次报道的新类型,分别为:北票崖柏型木(Thujoxylon
beipiaoense sp. nov.)、黑城子落羽杉型木(Taxodioxylon
heichengziense sp. nov.)、生金北沟原始雪松型木(Protocedroxylon
shengjinbeigouense
sp. nov.)及辽宁金松型木(Sciadopityoxylon
liaoningense
Ding)。这些木化石新材料的发现,使得辽西北票地区义县组的木化石增加到9属10种,进一步丰富了该组木化石多样性的认识,揭示了热河生物群繁盛时期裸子森林植被类型主要以罗汉松科、金松科、松科、柏科等植物构成。

该成果近期发表在国际古生物学期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology,
Palaeoecology
上。

该项新发现对深入揭示辽西地区早白垩世古气候演化提供了新证据。尽管不少学者从不同角度对辽西早白垩世义县期古气候特征进行过研究,但目前基于不同参数重建得到的古气候特征仍存在差异和争议。王永栋等的这项成果,基于对辽西义县组木化石属种类型多样性及古地理分布特征的分析,并结合树木年轮和敏感指数等定量数据,提出辽西地区早白垩世盛行温凉、湿润的季节性气候特征、且水分供应存在年际变化的新认识。

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该研究得到国家重点基础研究发展计划项目、国家自然科学基金项目、中科院创新交叉合作团队项目等共同资助。

图1 酒泉盆地西部地质简图及旱峡剖面中沟组岩性柱状图

论文相关信息:Ding QH, Tian N*, Wang YD*, Jiang ZK, Chen SW, Wang D,
Zhang W, Zheng SL, Xie AW, Zhang GQ, Liu ZJ, 2016. Fossil coniferous
wood from the Early Cretaceous Jehol Biota in western Liaoning, NE
China: new material and palaeoclimate implications. Cretaceous
Research
, 61, 57-70.

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图2 酒泉盆地中沟组早期被子植物花粉化石

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辽西北票下白垩统义县组发现的北票崖柏型木化石及解剖构造特征

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辽西北票下白垩统义县组发现的辽宁金松型木化石及解剖构造特征