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贵州晚三叠世关岭生物群集群死亡事件探秘


□ 王传尚等

王传尚 汪啸风 陈孝红 程龙

  关岭布依族苗族自治县位于贵州省西南部,隶属于安顺市,境内山脉属于乌蒙山系,山体起伏绵延。这里的碳酸盐岩分布广泛,岩溶地貌千姿百态。就在这片崇山峻岭中,蕴藏着一个精美且具有重要科学意义的古生物化石群——关岭生物群。它包含了晚三叠世(2亿2千万年前)的许多重要生物,如个体巨大的鱼龙和海婶等海生爬行动物,密密匝匝倒悬在海洋中浮木上的海百合,以及大量的双壳类、腕足类和菊石类等无脊椎动物。

  虽然这一曾经生机盎然的生物群早已灭绝,这里只有见证了那段沧海桑田变化历程的岩石仍巍然屹立,但科学家从这些晚三叠世海洋所留下的沉积物中探查到了关岭生物群演化与灭亡的蛛丝马迹,寻找到了当初它们生息繁衍和集群死亡的重要线索,为我们还原了一个2亿2千万年前的海洋世界

  静寂的世界——缺氧事件

  在关岭三叠系小凹组地层中,最令人瞩目的沉积现象是水平层理的发育。水平层理是指示海洋环境的良好标志, 因为只有在水动力十分微弱的条件下,才有可能形成万卷书般的水平层理。那么,海洋中的什么环境存在这种水动力条件呢?人们通常的答案是:深海。但这仅仅是一种可能性,还需要更多的证据来证实。

  研究人员在小凹组地层下部还发现了铁锰结核。根据目前的相关研究,铁锰结核通常存在于大洋环境中,因此这一发现鼓舞了那些持有深海观点的研究者。然而在研究这些铁锰结核的出露情况时,研究人员发现它们均赋存于强风化岩石及其土壤中,未被风化的岩石中却不见其踪迹。科研人员由此认为这些铁锰结核是后期的风化作用改造而成的,而非原生沉积。

  王砚耕等人2004年的研究结果已经证实了这一观点。在关于上述铁锰结核的研究中,他们发现其岩石的地球化学特征无论与现代海洋比较,还是与古代海洋的铁锰结核或结壳比较,均有较大差别。这些铁锰结核应该是晚三叠世外陆棚较深水域热水沉积的铁锰质泥灰岩或钙质泥岩,在晚新生代以来地壳隆升后,经长期风化淋滤作用形成的。与南非Ryedale矿区二叠纪地层中的铁锰沉积物经新生代风化作用形成铁锰土的成因相似。

  铁锰结核作为大洋存在的证据就这样被否定了,现在,我们的研究又回到了起点。这些水平层理的形成环境会是浅海吗?如果假设这些具有水平层理的岩石是在相当浅的海盆中形成的,那么如此浅的水域如何能容得下躯体如此庞大的鱼龙在里面自由邀游?又如何能够保证这些海生爬行动物和海百合等生物死后不被海洋风暴破坏呢?

  对古代海水深度的不同观点激发着人们的探索欲望,但是直至今天,关于当时的海水深度还没有一个令人信服的结论。不过有一点可以确认,即当时的关岭海盆处于一个相当宁静的海洋环境。2003年,陈孝红等人在岩石学、地球化学和古生态学研究的基础上,提出了关岭地区当时可能处于一个局限的海湾环境且雨水充沛的观点,即当时的古气候具有热带、亚热带的特点。

  现在,越来越多的证据证明关岭地区当时处于一个局限的海湾或残留海盆环境,由于气候温暖、雨水充沛,海湾或残留海盆中的海水可能存在着盐度的垂向梯度变化,即海洋水体的表层盐度较低,其下层的盐度较高,因而妨碍了水体的垂向循环,导致海底处于缺氧环境。这样的环境一方面使底栖生物无法生存,另一方面也为关岭生物群的保存提供了绝佳的埋藏环境。

  山雨欲来风满楼——风暴事件

  2亿2千万年前关岭所处的中低纬度地区应是风暴频发区,这里是否已经留下了风暴的证据?前文已经说过,关岭生物群生活在一个宁静的海洋环境中,这一环境难道就是生物的天堂吗?不期而至的风暴是不是导致关岭生物群集群死亡的一个原因呢?

  众所周知,风暴的形成要有一个过程,从形成初期到风暴高潮直至风暴平息。这是一个能量从逐渐聚积到逐渐释放的过程,各个阶段在当时的沉积物中都会留下记录。如果我们了解风暴沉积物的特征,在关岭生物群富集层之上应该不难发现它的踪影,进而为研究关岭地区的古环境提供证据。

  为了更清楚地说明当时的风暴对关岭地区的影响,我们有必要先了解一下风暴作用在海洋沉积物中所形成的沉积层序特征。理想的风暴沉积序列应包括以下几个部分:块状(或递变)的侵蚀基底(A段)、平行层理(B段)、丘状交错层理(C段)、水平层理及交错层理(D段)和生物扰动泥岩层(E段)。

  我们在关岭小凹组地层中观察到的风暴沉积离当时的海岸较远,一般不会发育上述风暴沉积的完整序列,比较常见的是薄层细砂屑灰岩与泥灰岩互层,底部的侵蚀构造不发育,但底界清楚。仅有个别层序为较典型的风暴沉积序列,具有A+B+C+E的沉积序列,其中,A段就是风暴沉积所产生的粒序层,为向上变细的砂屑灰岩沉积;A段之下为背景沉积,即风暴平息期的沉积,该段沉积以灰泥沉积为特点;B段是以砂屑灰岩沉积为特征的平行层理段,该段的水动力条件仍然较强;C段为丘状层理段,沉积物以砂屑灰岩、泥灰岩为主, 自下而上,粒度逐渐变细;E段为进入风暴平息期的具有水平纹层的灰泥沉积,从而结束了一个风暴沉积旋回。

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摘自:大自然 2012年第04期  
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