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植物龐貝城
來源:互聯網

植物龐貝城(英文名:vegetational Pompeii),烏達區二疊紀植被化石產地,地史時期成煤森林的特異埋藏記錄,是位于內蒙古自治區烏海市烏達區的一座遠古森林遺址。

三億年前的晚古生代早二疊世,內蒙古烏海市烏達區的茂密的遠古森林因火山噴發被巨量火山灰掩埋并封存于烏達煤田6、7號煤層間的火山凝灰巖中,形成了植物化石。2002至2003年間,科學家在烏達礦區發現直立樹木莖干化石層,下為煤層。研究證實,火山灰迅速封存了森林,使植物莖干得以直立保存于火山凝灰巖層中。2005至2012年,王軍團隊復原了約1137平方米的“植物龐貝城”面貌,并于2012年公布世界首張大面積遠古森林復原圖。2021年,中科院南京地質古生物所團隊在“植物龐貝城”發現瓢葉目植物化石,確認其為前裸子植物綱,具有蕨類孢子繁殖與種子植物木材結構特征,解決了古植物學界難題,成果發表于《美國國家科學院院刊》。2024年8月,植物龐貝城入選全球第二批100個地質遺產地。

植物龐貝城被譽為探索地球宜居性、揭示生命與環境協同演化規律的化石寶庫。基于植物龐貝城化石內容及地質剖面的開發可用于建設博物館及世界地質公園,申請世界自然遺產,具有巨大的科普開發價值。植物龐貝城古植物化石被火山噴發所埋藏,完整地保存了森林的群落結構,具有重要的科學研究價值。

命名

中國科學院南京地質古生物研究所研究員,博士生導師、所長王軍內蒙古自治區開展研究工作近三十年,他在烏海市烏達煤田發現了距今約三億年前因為火山噴發產生的巨量火山灰降落掩埋而封存于煤層頂板火山凝灰巖內的遠古森林,并將其命名為“植物龐貝城”。

形成原因

大約在三億年前(即晚古生代早二疊世),內蒙古自治區烏海市烏達區是一片茂密的遠古沼澤森林,被火山噴發產生的巨量火山灰降落掩埋而封存于烏達煤田6、7號煤層間的火山凝灰巖內,最終形成了植物化石。植物的各個部位以異常完整的形態被保存下來,部分結構礦化保留了植物內部的解剖特征。

研究歷程

20世紀80年代,中國科學院南京地質古生物研究所吳秀元去賀蘭山地區進行野外考察。一天中午在野外吃飯時,他隨手在身邊撿起一塊石頭,仔細一看,竟是塊精美的瓢葉目植物化石。1997年,化石被贈送給了還在從事博士后研究工作的王軍,因為他的研究方向就是瓢葉目植物。這個標本成了他的博士后出站論文的基礎材料。從1999年到2003年,每年王軍都去烏達一個月左右。

2002~2003年間,王軍與合作者、美國賓夕法尼亞大學教授Hermann Pfefferkorn在烏達礦區紅旗煤礦附近發現,出露著的橫向上幾十米含化石層內,“站”著許多直立的樹木莖干化石,“下面就是一層煤”。經過切片分析,王軍發現保存化石的灰白色巖層是典型的火山凝灰巖。大約3億年前,大量火山灰落到了烏達大地,把整片成煤沼澤森林瞬間“封”住了,所以植物的莖干才能夠直立保存在巖層之中。

從2005年到2012年,王軍研究團隊做了1137平方米面積的復原。2012年2月,《美國國家科學院院刊》刊登了研究成果,經過長期的研究積累,科研人員揭開了烏達煤田地下“植物龐貝城”的整體風貌,并公布了世界上第一張大面積的遠古森林實際復原圖,達到約1100平方米。

2021年,中國科學院南京地質古生物研究所領導的國際團隊在“植物龐貝城”中發現了大量保存完整的瓢葉目植物化石,確認了它具有蕨類植物門的孢子繁殖方式,同時又具有種子植物的木材結構,是種子植物的姊妹類群——前裸子植物綱的一員。這一發現解決了困擾古植物學界近百年的謎團,并再次在《美國國家科學院院刊》上發表了相關研究成果。

主要特征

遺存格局

截至2023年11月,植物龐貝城已發現面積約35平方千米。

物種組成

植物龐貝城的植物群由七大類植物構成,即石松門、有節類、蕨類、前裸子植物、種子蕨類、早期裸子植物和蘇鐵類植物,具備了現代植被類群中除被子植物門以外的各大類群。許多化石還記錄了昆蟲與植物之間的相互作用(例如取食)以及植物之間的相互作用(例如攀爬),保存了地史時期熱帶雨林群落及其中不同生物之間相互作用的復雜細節。

研究成果

截至2024年8月的調查研究,烏海市“植物龐貝城”已囊括了5項世界之最:最大面積的遠古森林實踐復原、最豐富的同期成煤植物群化石標本收藏、最古老的蘇鐵植物、最豐富的瓢葉目植物群落,最多的化石植物整體重建,因而為古生物演化生命樹增添了大量的新物種。

地質定年

植物龐貝城通過對火山凝灰巖內鋯石同位素定年,最終確定植物龐貝城的準確時間是在2.98億年,很接近石炭紀二疊紀的界線。

瓢葉目的研究

王軍團隊發現,來自于內蒙古自治區烏海“植物龐貝城”的瓢葉目家族新物種“烏海擬齒葉”Paratingia wuhaia,同時具有孢子植物的繁殖方式和裸子植物的木材結構,因此屬于典型的前裸子植物綱

前裸子植物滅絕的研究

新發現的“烏海擬齒葉”化石完整保存了樹冠、繁殖果穗和葉子,顯示出其與種子植物的親緣關系更近,并具有由葉子演化而來的復雜繁殖器官。這證明“烏海擬齒葉”及其所屬的瓢葉目屬于前裸子植物,這些植物最早見于泥盆紀,并延續至二疊紀末。這一發現推翻了之前認為前裸子植物在中泥盆世到晚石炭世迅速滅絕的觀點,將前裸子植物的地質時間范圍延長了約6千萬年。實際上,前裸子植物在種子植物分化出來后(晚泥盆世),仍持續多樣化發展了約1.1億年,直到二疊紀末的大滅絕事件才導致其最終滅絕。這表明前裸子植物綱在演化過程中不僅未迅速滅絕,反而展現出較強的適應性和多樣性。然而,它們最終還是未能逃脫二疊紀末環境劇變帶來的滅絕命運。

“分類學足球”完成“射門歸類”

多國科研團隊合作,利用中國“植物龐貝城”中的完整標本,成功為瓢葉目植物“烏海擬齒葉”完成精準分類,并揭示其生命演化意義。這一突破不僅解決了古植物學的重要謎團,還標志著中國學者在古植物分類學上的重要貢獻。研究還表明,中原地區植物群可能源自我國泥盆紀植物群,而非傳統認為的石炭紀歐美植物群。此外,對“植物龐貝城”的研究還揭示了煤的成因,提供了大量關于遠古成煤沼澤森林的實際復原數據。

開發與保護

3D整體復原

科研人員在找到標志性巖層之后,會在地上畫出一個個小方格,用作定位。當發現化石時,科研人員會對化石的位置、種類進行記錄,并初步描繪出其形態。最終將這些同一時期的遠古植物進行3D整體復原,就可以“實現時間和空間上的零誤差”,重現3億年前遠古森林的景觀。

名錄保護

發現者

王軍,中國科學院南京地質古生物研究所所長、研究員、博士生導師,中國共產黨黨員。從事石炭-二疊紀陸相地層、植物分類與演化、古生態學和古氣候學等相關領域的研究,特別是3億年前“植物龐貝古城”的發現和復原研究。擔任中國古生物學會理事長、古植物學分會理事長,《Palaeoworld》和《Review of Paleobotany and Palynology》編委。1991年6月畢業于蘭州大學地質學專業,獲學士;1997年7月畢業于西北大學古生物學及地層學專業,獲博士學位。1997年7月-1999年10月在南京古生物所從事博士后研究,1999年11月-2001年1月在南京古生物所任副研究員,2001年1月晉升為研究員。2002、2004年賓夕法尼亞大學訪問合作,2006年-2007年德國明斯特大學從事博士后研究。2018年9月至2023年12月任南京古生物所副所長。2023年12月任南京古生物所所長。

Hermann Pfefferkorn,美國賓夕法尼亞大學教授。

影響

植物龐貝城被譽為探索地球宜居性、揭示生命與環境協同演化規律的化石寶庫。基于植物龐貝城化石內容及地質剖面的開發可用于建設博物館及世界地質公園,申請世界自然遺產,具有巨大的科普開發價值。植物龐貝城古植物化石被火山噴發所埋藏,完整地保存了森林的群落結構,具有重要的科學研究價值。

這一獨特的“二疊紀成煤森林”提供了窺探晚古生代的地球生態窗口,被《Science》雜志以《火山灰中浮現遠古陸地:被埋在煤層中的“植物龐貝”為二疊紀時期的生態系統結構和氣候提供了新的解析》為標題進行了專題報道。烏達二疊紀植被化石產地有著大量重建的化石植物,是真實重建的成煤森林景觀,為了解地史時期群落生態提供了一個獨特的窗口。

相關作品

相關事件

2024年8月25日至31日,全球第二批100個地質遺產地名錄在韓國釜山召開的第37屆國際地質大會上公布,內蒙古自治區烏海市自貢市廣西壯族自治區桂林市各有一地入選第二批國際地質科學聯合會100個地質遺產地名錄,第二批具體的中國入選遺產地分別是:《植物龐貝城——烏達二疊紀植被化石產地》(內蒙古)、《自貢大山鋪恐龍化石群遺址》(四川)和《桂林喀斯特》(廣西)。它們涉及了古生物學、地貌和地質活動過程等領域。

參考資料 >

..2024-09-03

全球第二批100個地質遺產地公布,中國烏海、自貢、桂林等3地入選.騰訊網 澎湃新聞.2024-09-03

“植物龐貝城”未來之路走向何方?6位中國科學院院士赴內蒙古烏海建言獻策.現代快報網.2024-09-03

【中國科學報】隨“植物龐貝城”穿越3億年.中國科學院.2024-09-03

學界大咖云集烏海 聚焦“植物龐貝城”.微信公眾平臺 烏海融媒.2024-09-03

內蒙古自然博物館烏海“植物龐貝城”古植物化石調查項目 開展野外調查工作.內蒙古自治區自然資源廳.2024-09-03

“植物龐貝城”發現種子植物的姊妹類群 破解百年謎團.百家號 央視新聞.2024-09-03

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歷時百年,瓢葉目植物認祖歸宗.科學網.2024-09-03

現任領導.中國科學院南京地質古生物研究所.2024-09-03

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