從2007年起，王永棟帶領(lǐng)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所中生代植物與環(huán)境科研團隊，與當時(shí)的四川遂寧市國土局及射洪縣國土局、四川煤田地質(zhì)局137地質(zhì)隊、曲阜師范大學(xué)、四川省地勘局化探隊、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、成都理工大學(xué)和四川大學(xué)等單位合作，對四川盆地三疊系-侏羅系地層開(kāi)展了多學(xué)科的深入研究，在四川盆地多處發(fā)現植物葉片、孢子花粉以及根莖化石，從中獲得的相關(guān)信息與全球多個(gè)剖面的研究結果一致，這些研究正在揭開(kāi)三疊紀-侏羅紀之交的古植被演替和古氣候變化之謎。 

　　一顆顆小小的孢子花粉化石，向我們打開(kāi)了探知遠古時(shí)期四川盆地的一扇門(mén)。 

　　四川日報全媒體記者 寇敏芳 

　　2億年前的四川盆地 

　　就是草木繁盛的“天府之國”  

　　當時(shí)的四川盆地，氣候濕潤、草木茂盛，高大的裸子植物和低矮的蕨類(lèi)植物在此繁衍出龐大的家族——“正是因為當時(shí)四川盆地陸地植物的多樣性，我們才能在這里找到大量化石” 

　　李麗琴等研究發(fā)現，當時(shí)的四川盆地，氣候濕潤、水土肥沃、草木茂盛，高大的裸子植物和低矮的蕨類(lèi)植物在此繁衍出龐大的家族，比如新蘆木、雙扇蕨、蘇鐵、蘇鐵杉等，還有一些苔蘚、石松植物也在森林中出現。 

　　蕨類(lèi)植物又稱(chēng)羊齒植物，屬于孢子植物，常見(jiàn)的蕨類(lèi)植物大多外形低矮，而銀杏、松柏、蘇鐵等祼子植物則是多年木本植物，大多是高大的喬木，兩者對環(huán)境的要求各不相同。裸子植物中的松柏類(lèi)主要分布于溫帶和寒帶，蘇鐵類(lèi)屬于熱帶、亞熱帶植物，而銀杏類(lèi)植物多喜亞熱帶溫涼環(huán)境。多數蕨類(lèi)植物喜歡溫暖濕潤的環(huán)境，少數則耐干旱。 

　　經(jīng)歷了上億年的地質(zhì)運動(dòng)后，高大的裸子植物被埋藏在地下數百米甚至上千米處，最終形成了煤炭。而低矮的蕨類(lèi)植物生命力更為頑強，對極端環(huán)境的耐受力更強，它們中有一些品種存活到了現在，比如被稱(chēng)為植物“活化石”的桫欏，在四川的瀘州、宜賓、樂(lè )山等地都有發(fā)現，也從另一個(gè)側面證明了四川盆地內物種的豐富性。 

　　“正是因為當時(shí)四川盆地陸地植物的多樣性，我們才能在這里找到大量化石，為進(jìn)一步研究提供了條件。”李麗琴推測，四川宣漢、廣元、合川等地當時(shí)河流、淺灘和泥炭沼澤密布，周期性的水漲潮退，讓許多植物的孢子、花粉飄落在水中，并匯集在一起，由于孢子和花粉非常小，而且外壁足夠堅硬，再加上水流將它們沖刷匯聚到一起，很容易被水下的沙土掩埋保存下來(lái)。 

　　類(lèi)似于考古，不同地質(zhì)年代的孢子花粉化石沉積在不同地層中，科學(xué)家通過(guò)研究孢子花粉化石組合面貌，就能判斷當時(shí)的地質(zhì)年代、沉積條件和地球生態(tài)環(huán)境。 

　　孢粉化石解碼四川盆地環(huán)境細微變化 

　　四川盆地發(fā)現的孢子花粉化石，成為揭秘遠古環(huán)境的“解碼器”——四川盆地在總體溫暖的氣候下，也有相對溫涼的階段 

　　科學(xué)家認為，三疊紀-侏羅紀之交發(fā)生了顯生宙五大生物滅絕事件之一的三疊紀大滅絕，全球海陸生態(tài)系統受到重創(chuàng )。相比于海洋而言，對陸地生態(tài)系統三疊紀-侏羅紀之交重大生物事件的探究相對薄弱。重要原因就是海相地層相對陸相地層更為連續完整，并且植物化石保存條件更為苛刻，科學(xué)家很難只通過(guò)大型植物化石還原當時(shí)的陸地生態(tài)環(huán)境變化。  

　　在四川盆地發(fā)現的孢子花粉化石，彌補了這一空缺，成為揭秘遠古環(huán)境的“解碼器”。 

　　這些孢子和花粉大的不到100微米，小的僅有30微米左右，必須借助400倍的顯微鏡才能看清楚，放大600倍后才能清晰地成像拍照。科學(xué)家要找到它們，有時(shí)候還必須靠一點(diǎn)點(diǎn)運氣。李麗琴說(shuō)，此次他們在四川盆地的東北緣選擇了很多含煤地層的點(diǎn)位，根據周?chē)鷰r石的巖性等特征圈出大致范圍，然后采集大量巖石樣本，再到實(shí)驗室酸處理、顯微鏡下觀(guān)察研究。最終，在一大堆不起眼的石頭中發(fā)現了大量的花粉孢子化石。 

　　“我們注意到，雖然四川盆地距今2億年左右的環(huán)境總體來(lái)說(shuō)是溫暖濕潤的，但是在不同地層中，蕨類(lèi)植物的孢子與祼子植物的花粉類(lèi)型和相對含量卻出現大幅波動(dòng)。”王永棟解釋?zhuān)@說(shuō)明氣候環(huán)境有細微的變化，在總體溫暖的氣候下，也有相對溫涼的階段。 

　　經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的詳細地質(zhì)調查和化石標本分析，他們總結出一個(gè)規律：在晚三疊世，真蕨植物占絕對優(yōu)勢并以雙扇蕨科為代表，松柏類(lèi)植物和蘇鐵類(lèi)、銀杏類(lèi)植物繁盛，還有少量的種子蕨類(lèi)、石松類(lèi)、苔蘚類(lèi)和楔葉類(lèi)植物等。在晚三疊世末，松柏類(lèi)和蘇鐵、銀杏類(lèi)植物占優(yōu)勢，松柏類(lèi)的掌鱗杉科開(kāi)始出現，蕨類(lèi)植物較少。到了三疊紀-侏羅紀過(guò)渡期，植物多樣性較低，僅以少數蕨類(lèi)植物占優(yōu)勢。進(jìn)入早侏羅紀后，蘇鐵類(lèi)、銀杏類(lèi)植物復蘇，松柏類(lèi)掌鱗杉科豐富，蕨類(lèi)植物以桫欏科/蚌殼蕨科為代表。 

　　火山活動(dòng)可能導致遠古時(shí)期氣候波動(dòng)變化 

　　地球的氣候變化有周期性和規律性，目前人類(lèi)也在經(jīng)歷溫室效應，找出這些演變規律，可以幫助我們尋找積極應對氣候變化的辦法 

　　“過(guò)去許多人認為，三疊紀末期地球開(kāi)始出現溫室環(huán)境，導致大量動(dòng)植物滅亡。而我們的調查研究更加精準地分析了大滅絕前600萬(wàn)年的氣候變化，發(fā)現當地經(jīng)歷了溫暖濕潤（短期變涼）-干涼-溫度回升的曲線(xiàn)波動(dòng)。”王永棟告訴記者。 

　　王永棟介紹：“三疊紀末期，特提斯洋西岸的歐洲大陸和非洲大陸出現了大區域的火山集中噴發(fā)活動(dòng)，這些地區籠罩在遮天蔽日的火山灰下，大量的二氧化硫進(jìn)入大海，造成海水酸化和缺氧，76%的海洋生物種因此而滅絕，陽(yáng)光被煙塵和火山灰遮擋導致氣溫迅速下降，而后由于火山排放出的二氧化碳不斷在大氣層中累積，又讓氣溫在短時(shí)間內快速回升。” 

　　四川盆地雖處在特提斯洋東岸，之前科學(xué)家認為，這里受到火山活動(dòng)的影響很小。不過(guò)隨著(zhù)地質(zhì)記錄的精細化和測試手段的提高，科學(xué)家們已經(jīng)在多個(gè)地區發(fā)現了四川盆地受到火山活動(dòng)影響的“蛛絲馬跡”，認為從特提斯洋西緣地區遠距離飄來(lái)的火山灰逐漸散落到這里，可能會(huì )導致這些地區的氣候出現變化和波動(dòng)，進(jìn)而影響到了陸地生態(tài)系統及其環(huán)境，以及生物群的多樣性變化。 

　　王永棟說(shuō)：“我們在四川宣漢地區發(fā)現的三疊紀-侏羅紀過(guò)渡期蕨類(lèi)三縫孢子峰值、晚三疊紀末短期變冷以及早侏羅世變暖的古氣候變化趨勢，與全球多個(gè)代表剖面尤其是特提斯洋西緣地區的研究結果相吻合，揭示了三疊紀-侏羅紀之交全球性陸地古植被和古氣候演替變化。” 

　　這次研究是我國南方地區三疊紀-侏羅紀之交孢粉植物群研究最為翔實(shí)的高分辨率記錄。“了解古氣候演變的特征，有助于我們認識地球氣候演變的規律。”王永棟說(shuō)，地球的氣候變化有周期性和規律性，比如恐龍時(shí)代的地球經(jīng)歷了因火山大規模噴發(fā)導致的溫室效應。目前人類(lèi)也在經(jīng)歷溫室效應，找出這些演變規律，可以幫助我們更好地認識地球，尋找積極應對氣候變化的辦法。 

　　解讀 

　　孢粉化石“說(shuō)”了啥 

　　晚三疊世 

　　真蕨植物占絕對優(yōu)勢并以雙扇蕨科為代表，松柏類(lèi)植物和蘇鐵類(lèi)、銀杏類(lèi)植物繁盛，還有少量的種子蕨類(lèi)、石松類(lèi)、苔蘚類(lèi)和楔葉類(lèi)植物等。 

　　晚三疊世末 

　　松柏類(lèi)和蘇鐵類(lèi)、銀杏類(lèi)植物占優(yōu)勢，松柏類(lèi)的掌鱗杉科開(kāi)始出現，蕨類(lèi)植物較少。  

　　三疊紀-侏羅紀過(guò)渡期 

　　植物多樣性較低，僅以少數蕨類(lèi)植物占優(yōu)勢。  

　　早侏羅紀 

　　蘇鐵類(lèi)、銀杏類(lèi)植物復蘇，松柏類(lèi)掌鱗杉科豐富，蕨類(lèi)植物以桫欏科/蚌殼蕨科為代表。 

　　問(wèn)題 

　　怎么保存下來(lái)？ 

　　孢子和花粉之所以能夠得到較好的保存，是因為它們非常小，而且外壁足夠堅硬，很容易被水下的沙土掩埋保存下來(lái)。怎么得出結論？ 

　　這些孢子和花粉大的不到100微米，小的僅有30微米左右，必須借助400倍的顯微鏡才能看清楚，放大600倍后才能清晰地成像拍照。通過(guò)成像發(fā)現，不同地層中數量和種類(lèi)出現大幅波動(dòng)，說(shuō)明兩者在不同時(shí)期是分別占有優(yōu)勢地位，從而判斷氣候變化。 

　　新聞背景 

　　五次大滅絕事件 

　　科學(xué)家普遍認為，在地質(zhì)記錄中有五次大滅絕事件。按照發(fā)生時(shí)間順序排列如下： 

　　奧陶紀大滅絕  

　　這次大滅絕發(fā)生在4.431億年前到4.429億年前的20萬(wàn)年間。這一時(shí)期形成了大規模冰蓋，總規模達到1.5億立方千米，是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上。當時(shí)，全球海平面急速下降100米至150米，絕大部分海洋生物遭受了“滅頂之災”，約56%物種滅絕。 

　　晚泥盆世大滅絕  

　　發(fā)生于3.72億年前，它消滅了約70%的無(wú)脊椎動(dòng)物。存在于泥盆紀和石炭紀過(guò)渡期的數千年的化石孢子顯示出紫外線(xiàn)破壞的跡象。科學(xué)家們提出，造成紫外線(xiàn)爆炸的可能是在距離地球65光年內爆炸的一顆超新星。 

　　二疊紀大滅絕 

　　發(fā)生于2.52億年前，是五次物種大滅絕事件中最嚴重的一次，造成了98%的海洋生物以及96%的陸地生物在50萬(wàn)年內消失，大量的生物“蒸發(fā)”殆盡。有科學(xué)家認為，造成這次大災變的是峨眉山超級火山爆發(fā)和西伯利亞超級火山爆發(fā)。 

　　三疊紀大滅絕 

　　發(fā)生于2.01億年前，估計有76%的物種消失。這次事件是恐龍時(shí)代的黎明，早期的主龍類(lèi)、多數合弓動(dòng)物和大型兩棲動(dòng)物紛紛滅絕，使恐龍在幾乎沒(méi)有陸地競爭的情況下接管了陸地世界。科學(xué)家推測，中大西洋超級火山爆發(fā)是這次滅絕事件的原因。 

　　白堊紀大滅絕  

　　發(fā)生于6600萬(wàn)年前，是最著(zhù)名的一次，此次事件導致地球上約四分之三的動(dòng)植物物種滅絕。在陸地上，非鳥(niǎo)恐龍全部滅絕。上述動(dòng)物的滅絕為哺乳動(dòng)物的發(fā)展騰出了空間，地球歷史由此進(jìn)入哺乳動(dòng)物時(shí)代。專(zhuān)家們認為，這次大滅絕是由一顆巨大的小行星或彗星撞擊地球造成的，這次撞擊幾乎給全球環(huán)境帶來(lái)滅頂之災。