内蒙古乌兰塔塔尔古地磁及相关生物环境协同演

E-O转折是新生代最剧烈的气候转型事件之一，该事件表现为全球性大降温，使得地球由“温室”进入“冰室”，造成全球生态系统的巨大转变。因此与E-O转折相关的生物演化事件备受关注。今天的内陆亚洲分布有大面积的温带草原和温带荒漠，干旱问题不仅是制约当今区域经济发展的关键因素，也是影响始新世-渐新世之交动植物演化的重要外力因素。因此，其干旱化起始时间和原因同样受到地质古生物学界的关注。

 

目前，与E-O转折相关的动物群转换在欧洲、北美及亚洲内陆的表现并不一致，在欧洲称之为“大间断”，在亚洲则称之为“蒙古重建”。“蒙古重建”主要指始新世以中等大小的奇蹄类为主的动物群被渐新世啮齿类-兔形类为主的动物群所替代的动物群转换事件。以往的研究认为亚洲动植物群转换与E-O转折是同步变化的，但也有研究认为，全球植被在E-O转折期间的转变并不是均一而同步的。这些观点的不同，主要是由于相关环境与生物演化事件缺乏精确的年代地层控制，难以得出可靠的对应关系。因此，动物群转换与E-O转折是否同步发生，需要更加精确的时间标尺对这些事件进行约束。

 

近日，《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员张兆群领导的中芬合作团队完成的关于内蒙古乌兰塔塔尔古地磁及相关生物环境协同演化关系的研究成果。结果表明乌兰塔塔尔地区红层是一段跨越始新世-渐新世界线的较长且连续的沉积序列(35Ma-27Ma)，乌兰塔塔尔剖面广泛分布的风尘沉积表明亚洲干旱化的起始时间早于E-O界线，新的克克阿木动物群时代(34.8Ma)表明“蒙古重建”这一新生代重大的动物群转换事件也早于E-O界线，进一步表明动物群转换与始新世-渐新世转折(E-O转折)并不同步，动物群的变化是逐步而非突然的。

 

乌兰塔塔尔化石点位于内蒙古阿拉善左旗、贺兰山西侧。上世纪八、九十年代黄学诗、王伴月等人对该地区化石及地层做了很好的开拓性研究。从2009年开始，课题组重新对该地区展开系统的野外调查和发掘工作，过去的10年收获了大量化石标本，为相关的生物演化及综合地层学研究提供了充分的保障。

 

为解决以上问题，课题组利用内蒙古乌兰塔塔尔长且连续的第三纪中期红层沉积及丰富的化石，进行了岩石地层、生物地层及磁性地层学的综合研究。

 

研究人员建立了首个乌兰塔塔尔古地磁年代框架，为动物群转换、代表干旱化的风尘沉积的出现提供了相对精确的年代约束。结果表明：所研究的剖面连接起来从晚始新世一直延续到晚渐新世，年代范围为35Ma-27Ma，跨越E-O界线。其中克克阿木剖面为35Ma-32.5Ma，其最底部化石层(KM01) 为34.8Ma，早于蒙古国湖谷地区(Valley of Lakes) Biozone A；上井剖面为32.5Ma-31Ma；乌兰塔塔尔主剖面为31Ma-27Ma。

 

岩石学分析表明，岩石主体呈块状结构、粉砂级粒度及呈双峰形态的粒度分布都非常类似典型的风成黄土和红黏土，使研究人员不得不考虑乌兰塔塔尔的沉积物源可能主要是风尘堆积。如果这一推断是正确的，那么乌兰塔塔尔的风尘沉积一直可以追溯到克克阿木剖面底部（34.8Ma），早于E-O界线，进一步暗示亚洲地区的干旱化可能早在始新世就开始了。

 

克克阿木动物群主要由啮齿类构成，之前的研究认为该动物群时代为早渐新世最早期，是“蒙古重建”后的代表性动物群。新的研究表明，该动物群时代为34.8Ma，早于E-O界线，说明“蒙古重建”这一新生代重大的动物群转换事件也早于E-O界线，进一步表明动物群转换与始新世-渐新世转折(E-O转折)并不同步。E-O转折期间缺乏明显的动物群变化说明动物群的变化是逐步而非突然的。

 

张兆群与芬兰赫尔辛基大学博士Anu Kaakinen为论文共同通讯作者，论文第一作者是赫尔辛基大学博士研究生Joonas Wasiljeff。该研究得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）、古生物化石发掘与修理专项经费、Waldemar von Frenckell基金和芬兰科学院等的支持。（来源：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所）

 

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116125

 

图1 乌兰塔塔尔地理位置及各剖面位置 (供图 张兆群)