早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件(T-OAE)对中国北方陆地植物群的影响

【作者】 邓胜徽； 杨小菊； 卢远征； 万晓樵； 董淑欣； 李鑫；

【机构】 中国石油勘探开发研究院； 中国科学院南京地质古生物研究所； 中国地质大学(北京)；

【摘要】 20世纪80年代以来大量研究证明,早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件(T-OAE)是一次全球性海洋生态系统古环境事件,无论是在北方-特提斯洋还是泛太平洋,无论是在北半球还是在南半球均同时存在。该事件主要表现在:大洋水体严重缺氧、海平面上升、海水升温、多门类生物集群灭绝;地质记录主要是:广泛发育黑色页岩,明显的碳同位素负漂移和多种元素地球化学异常等;其成因虽然有多种推断,但尚无定论。然而,这一事件对陆地生态系统有何影响?陆地生态系统对此如何响应?在陆地上有哪些地质纪录等等,都不甚清楚。中国北方地区中、下侏罗统广泛发育了煤系地层,植物化石极其丰富。以往研究认为该地区早、中侏罗世植物群十分繁盛,是以蕨类、银杏类为代表的典型的温带型植物群,反映了温暖湿润的气候。但是,近年的研究发现,在下侏罗统上部普遍发育的一个植物组合则与所在地区更低和更高层位所产植物组合均有明显的区别,即出现了高比例的气候敏感分子。这些分子包括以双扇蕨科、马通蕨科、合囊蕨科等为代表的真蕨类,以Otozamites,Zamites,Zamiophyllum,Tyrmia,Ptilophyllum和Dictyozamites等为代表的本内苏铁类,以Hirmeriella,Brachyphyllum和Pagiophyllum等为代表的松柏类,以及以Ephedrites,Cadmisega等为代表的尼藤类等。这些均为喜热或耐干旱型植物,是炎热、干旱气候的重要指示分子,指标了炎热而偏干的气候类型;与当地更早(早侏罗世早期)或更晚(中侏罗世早期)的以蕨类、银杏占主导的植物群所指示的温暖湿润气候明显不同,代表了一次明显的升温、干旱化气候事件。含这一植物组合的地层包括新疆北部的三工河组、青海柴达木盆地的大煤沟组第三段(相当于饮马沟组—甜水沟组)、河西走廊地区的炭洞沟组、鄂尔多斯盆地的富县组、山西大同盆地的永定庄组、河北承德的甲山组、内蒙古锡林浩特盆地的红旗组以及辽西北票盆地的北票组等。这些地层大部分不发育煤层或煤线,甚至出现了紫红色、杂色泥岩;地层孢粉组合中Classopollis含量也明显高于下伏和上覆地层,形成了一个峰值。这些特点均支持了升温、干旱化事件的存在。由于缺乏海相化石的证据,上述地层及所含植物组合的时代一般被笼统地归于早侏罗世晚期。但实际上该植物组合与东欧、中东及西伯利亚地区有海相化石约束的早侏罗世托阿尔期植物群可以很好的对比。而且,最近对鄂尔多斯盆地富县组、辽西金羊盆地北票组以及四川盆地大安寨组等湖相泥岩的地球化学研究均发现了明显的与T-OAE碳同位素漂移事件很好对比的碳同位素负偏事件,后者还有铼-锇同位素测年结果证实时代属于托阿尔期,前两者则为上述植物组合的重要产出层位。新的成果一方面表明T-OAE在陆相地层中有与海相地层一致的沉积和地球化学记录,同时也进一步证明,本文所述早侏罗世晚期植物组合及其反映的升温、干旱化气候事件的确切时代应为早侏罗世托阿尔期。因此,本文认为,T-OAE在陆地生态系统中的一个重要影响就是发生了相应的气温升高、干旱化古气候事件,该事件对植物群有着重要的影响。华北地区以蕨类、银杏类占主导的温带型植物群遭破坏,植物群分异度明显降低;由于喜热、耐旱的植物分布范围向高纬度地区扩展,在植物群中的所占比例急剧上升;华北地区植物群由温带型转变为热带、亚热带耐旱型。更多还原