遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

電影《侏羅紀公園》大家都很熟悉,可是你知道在我國遼寧省西部有一處“白堊紀公園”嗎?與電影相比,這裏所創造的奇蹟可是實實在在的:從20世紀90年代初以來,一件件重要化石不斷湧現。從魚類開始,到兩棲類、爬行類(龜鼈類、蜥蠍類、離龍類、翼龍類、獸腳類、蜥腳類、鳥腳類),再到鳥類,一直到哺乳類都有發現,另外還有很多被子植物。對於研究古生物的科學家來説,遼西簡直是一座天然的化石寶庫,而這一切源於遼西得天獨厚的古地理背景和埋藏環境。

遼西與熱河生物羣

遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

位於遼西的朝陽、錦州是熱河生物羣的核心地區,周邊地區也有廣泛的分佈,比如內蒙古的東南部赤峯和河北省的北部承德等等。因為這些地區原屬熱河省,所以早在1928年,美國地質學家葛利普在他的著作中首次用“熱河動物羣”來命名為他所取得的一系列發現。隨後的發現不僅限於動物,還包括植物,所以就組成了“熱河生物羣”。關於熱河生物羣時代的爭議持續了近一個世紀。通過近十幾年來的發現,從脊椎動物組合來判定,它的時代應屬早白堊世的,同位素年齡測定也驗證了這個結論。也就是説,熱河生物羣的時代距今1.3~1.2億年。

近年來,由於熱河生物羣引起廣泛關注,使得遼西許多原本不為人所熟知的地方有了鼎鼎大名。北票四合屯發現了大量的孔子鳥、帶羽毛恐龍中華龍鳥、北票龍,中國鳥龍及其魚類、兩棲類、龜類、蜥蜴類、翼龍類、角龍類和哺乳類等,現已成為世界上一個最著名的化石地點,它的知名度甚至超過了德國出始祖鳥的索倫霍芬,相鄰的尖山溝很早前就發現過大量的魚,無脊椎動物和植物化石,後來引起轟動是因為出土了第一個原始鳥類孔子鳥標本和哺乳類張和獸;而在張家溝發現了帶有真正羽毛的獸腳類恐龍尾羽龍、原始祖鳥和其他脊椎動物化石。

遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

白堊紀的“龐貝城”

為什麼在遼西地區有如此豐富、如此種類繁多的古生物化石?為什麼它們保存得如此完整、如此精美?

讓我們先看一下近2000年前的龐貝城到底發生了什麼:這座意大利的古城在公元79年的時候,被強烈噴發的維蘇威火山所掩埋。1784年,考古學家在火山灰層裏面就發現了這座古城,城中的一些人、一些動物、一些其他的東西保存得非常完好,栩栩如生。原因就在於火山爆發以後,整座城市被火山灰快速地埋藏起來,使其完整停留在歷史的這一瞬間裏邊。

遼西之所以藴藏如此豐富的生物化石,同樣也是出此原因。科學家通過野外考察和化石發掘,發現了熱河生物羣有過頻繁的火山爆發。火山爆發造成的突發自然災難導致生物突然死亡,而後又被火山灰快速埋藏起來。

遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

眾所周知,火山噴發是最嚴重的自然災害,同樣也被認為是地質歷史時期生物集羣死亡甚至全球性生物集羣絕滅的主要原因之一。火山作用直接和間接地導致生物集羣死亡,火山噴發的大量熔巖流和熾熱的火山碎屑流直接將周圍近距離的生物化為灰燼,影響範圍相對較小,是局部的效應,而且化石難以保存?最重要的影響是大規模的火山爆發造成地球大氣圈和水圈的變化,導致氣候與環境突變而致使生物集羣死亡或集羣絕滅,是區域性乃至全球性的災變事件,其特點是影響範圍和程度大,化石數量多,保存完整。

在遼西地區,目前能夠確認數十次的脊椎動物集羣死亡事件。比如四合屯地區孔子鳥類羣集羣死亡事件。發掘統計表明,孔子鳥化石平均5—6平方米就有1件,局部地段達1—2平方米1件,可見其丰度之大,絕非正常死亡所致。化石保存極為完整、精美,不但完整地保存了骨骼的硬體部分,而且保存了羽毛等軟體部分,體羽、飛羽和兩支長長的尾羽及其羽枝、羽軸清晰可見。鳥類化石前後肢及尾羽伸展,脖頸前伸,明顯地反映了非正常死亡。另外孔子鳥化石均為成年個體,沒有發現幼年個體。當突發性火山爆發時,鳥類儘可能地躲避陸相火山爆發形成的危險,成年個體的羽毛發育完善,飛翔能力強,有能力飛向危險性相對較小、遠離岸邊的湖泊中央。這就解釋了為什麼只有成年個體的鳥類化石發現於半深湖—深湖環境的原因。

遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

此外,有的恐龍胃腔中尚保留未消化的食物——蜥蜴類和哺乳類的骨架,腹部保留完整的卵化石,卵殼上清楚地保存紋飾構造。這些化石羣埋藏狀態和保存特徵均真實地記錄了火山噴發事件以及化石的快速瞬間埋藏,是非正常死亡的直接反映。

形成化石的幾大因素

要形成化石,必須具備這樣幾個因素:第一是生物羣要非常豐富,第二是生物的死亡方式,是正常的死亡,還是災難性的死亡。比如説地震或者是火山爆發,這種災難性的死亡往往能使大量生物集中地保存下來;第三是搬運距離的遠近,也就是看生物是在原地埋藏的,還是異地埋葬的,第四是埋葬速度,也就是説生物是快速埋藏還是有一段時間暴露在地表的緩慢埋藏第五是埋藏環境,是氧化環境還是還原環境最後是時間。下面我們就逐一分析一下。

生物羣 現在各種證據顯示,早白堊世的遼西地區氣候温暖潮濕,雨水充足,湖泊相連,植被比較發育,非常適宜生物生長髮育。陸地上有許多生物,水裏邊有魚,也有水生的爬行動物,空中有鳥,有昆蟲,有翼龍等等,它們組成了一個很好的食物鏈。當時的被子植物,也就是有花植物出現了,一些採花的昆蟲大量地繁盛。而鳥要吃這些昆蟲,它就要主動飛翔。總之,當時的環境非常適合於生物的大量繁衍和演化。

遼西地區為何成為古生物化石“聚寶盆”這裏就是天然的化石庫

死亡方式 遼西地區的火山爆發當時是非常頻繁的,而這種火山屬於中酸性火山,噴發出來的並不是大量的熔巖巖漿,而主要是有毒氣體,如硫化氫、二氧化硫,還有火山灰這—類。而且火山爆發還造成陸地森林的大火,研究人員在地層裏面發現了很多炭屑,這就是森林大火的一個證據。在每一層火山灰下面都有大量生物埋葬。是火山爆發導致它們的死亡,非正常的突然的集羣死亡。

搬運距離 如果説生物死亡以後就地埋藏,那麼它應該保存得很好,如果經過長時間搬運的話,就保存不了很好骨架,也保存不了軟體的組織。一個有意思的發現,那就是很多鳥類、恐龍都是陸地生存的,但它們的化石埋藏地點都是一些湖相的沉積,而且是半深湖和深湖的沉積,和陸地生存的環境有一段距離,按道理説它是經過一定距離搬運的。經過野外發掘時對化石原始埋藏狀態的仔細觀察,那就是這種搬運並不是生物死亡後進行的,而是在它活着的時候自己主動進行的,為的是逃離火山爆發產生的森林大火或有毒氣體。

埋藏速度 埋藏速度也是非常關鍵的因素,如果埋藏速度快的話,它能保存很好的化石,如果埋藏速度慢,在地表暴露一段時間以後,那有機質腐爛氧化以後,保存不了很好的化石。

埋葬環境 看是氧化環境還是還原環境,一般化石如果在還原環境下,往往保存得很好,如果在氧化環境下,暴露在地表,那很快就腐爛了,化石也保存不了。所以遼西發現很多標本都是一種深湖的環境,它很快沉積在湖底以後,火山灰很快就把它覆蓋埋藏起來,是一種還原狀態。

時間 化石的形成需要一定的時間,熱河生物羣化石形成時間很長,距今約一億多年。

遼西地區正好滿足了所有化石形成的各種條件,所以成為了古生物化石的“聚寶盆”。人們之所以如此青睞這塊得天獨厚的寶地,是因為從中可以瞭解熱河生物羣的輻射、絕滅及其與環境的相互的關係等等。縱觀地球的演化歷史,地球出現温室效應的時期恰恰都是生物大發展的時期,熱河生物羣之所以輻射如此廣泛,也是火山爆發、二氧化碳增多、地球温度升高的環境變化,對陸生和淺海的生物產生了積極的影響。更重要的是,現在地球上生態系統的雛形就形成於中生代的這一時期,被子植物、鳥類、哺乳動物以及目前的海陸分佈格局,都從這一時期開始分化,因此關於熱河生物羣的研究,對今天的地球也具有重大的意義。