作者:袁一雪 来源:中国科学报 发布时间:2018-1-12
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小小有孔虫 揭开大秘密


 

▲北羌塘2.95亿年前的Sphaeroschwagerina虫筳类

▲在野外工作的张以春

■本报记者 袁一雪

2016年,南京地质古生物研究所研究员张以春的一篇论文引起世界关注——他通过观察2.95亿年前的虫筳类有孔虫,为一直困扰学术界的关于南北羌塘板块到底是否属于同一板块的问题找到了答案。

这并非张以春第一次从几毫米大小的虫筳类有孔虫中找到羌塘地区地块运动的证据,也不是他第一次为世界一直争论不休的问题提供答案。在世界上研究虫筳类屈指可数的科学家中,张以春又是目前少数通过虫筳类有孔虫推断古地理演变过程的研究者。“这是因为虫筳类有孔虫已经被研究多年,系统古生物学研究空间不大,但古生态学和古生物地理学则存在问题颇多。”张以春解释说。

就在这有限的研究空间内,张以春的研究却屡次受到世界的关注。

虫筳类动物群给出答案

虫筳类有孔虫是一种原生动物,在石炭二叠纪的地层中非常普遍,是划分对比此时地层的重要化石。张以春研究的时间段是距今3亿年前到2.5亿年前,属于二叠纪阶段。

二叠纪是古生代的最后一个纪,也是成煤的主要时期。因为当时地壳运动比较活跃,古板块间的相对运动加剧,并逐渐拼接形成联合古大陆。随后,陆地面积的进一步扩大,海洋范围的缩小,自然地理环境的变化,促进了生物界的重要演化,预示着生物发展史上一个新时期的到来。

“在这个时间段,虫筳类有孔虫比较喜欢暖水,也就是说需要水温达到一定温度才能生存。”张以春在接受《中国科学报》记者采访时解释说,“所以我用有孔虫研究西藏地块。”

张以春选择有孔虫作为标准,判断二叠纪时现在位于西藏北部的羌塘板块的古地理变化。彼时,地球远不是现在的样子,澳大利亚在更接近南极的南纬四五十度的范围,我国的华南地区则在赤道附近。2.9亿年前左右南方大陆发生裂解,西藏不同板块逐渐分裂,向北移动。张以春利用西藏不同板块上发现的有孔虫化石,判断这些板块在当时处于什么位置。因为温度不同,动物种类也会发生变化。

晚古生代时期最宽广的古特提斯大洋曾经从西藏北部通过,但关于洋盆具体是西藏哪个缝合带,国际学术界一直争论不止。之前科学家提供的证据具有多解性,大家各说各的,无法达成共识。其中主要有两种观点:一是认为这条高压变质带是南羌塘地块和北羌塘地块在古特提斯洋闭合时高压碰撞所致,位于南北羌塘之间的龙木错—双湖缝合带是古特提斯洋的主支;另一种观点则认为南北羌塘属于同一地块,这个变质带来源于金沙江带低角度俯冲于羌塘盆地之下并出露于羌塘盆地中部,金沙江缝合带是古特提斯洋的主支。

解决这个问题的关键,便在于证实南羌塘地块和北羌塘地块是否属于同一地块。

2015年11月,张以春在双湖热觉茶卡一带发现了早二叠世Asselian期的球希瓦格(Sphaeroschwagerina)虫筳类动物群。这个证据非常重要,它显示了在2.95亿年前,南方大陆处于冰期兴盛时期,此时温度最低,不应该出现暖水动物群。“但虫筳类却是暖水动物群。这意味着,北羌塘在低纬度地区,也就是距离赤道比较近的地方。而当时南羌塘却在冈瓦纳北缘。”张以春说。

冈瓦纳大陆又称南方大陆,其中心在南极洲东部和非洲南部。北羌塘在接近赤道的位置,南羌塘却更靠近南极。虫筳类动物群的发现让张以春意识到,南北羌塘板块之间还有个大洋。虽然这一结论并没有得到所有人的认可,但在当地最寒冷的时期出现暖水生物的证据却是无法被反驳的。

划分时代的重要证据

由虫筳类研究古生物地理演化是张以春坚守的方向,而我国虫筳类的系统研究源自著名地质学家李四光。上世纪20年代,李四光开始了对虫筳类有孔虫的研究,当时世界上在这个领域已经研究已久,但在国内,李四光的研究却犹如开山鼻祖,甚至“虫筳”这个字,都是由他造出来的。“以前没有虫筳字,是因为看到这种有孔虫的外形像纺纱用的纺锤,即筳,才造出了虫筳字。”张以春介绍说。

当年物质匮乏,研究设备极其有限,李四光对于虫筳类的研究难上加难。一般有孔虫的体积只有几厘米甚至几毫米大小,想找切面,就只能从一个地方进行切割才能得到理想的切片,而当时能进行切片的人都少之又少。面对困难,李四光毫不退缩,甚至创建了一套体系,让现在的研究人员在野外通过放大镜就可以识别有孔虫的形态,进而判断年代。

在南京地质古生物研究所,盛金章院士、张遴信研究员等人都曾经从事虫筳类的研究。但如今,算上张以春在内,国内也只有三四个人依然从事这一研究,即便是国际,研究虫筳类的人也是凤毛麟角。“也有人通过古生物化石判定古地理位置,但是大部分人都从腕足动物入手,从虫筳类角度做的研究者很少。”张以春说。

2014年,张以春在西藏勘探休息时,随手从地上捡起了一块石头,“当时我还开玩笑说,可以看到石头上有化石的痕迹,要带回去研究”。没想到这个无心之举,竟让张以春真的从中发现了在该地区从未有人发现的化石——柯兰尼氏虫(Colaniella)。“它是划分时代的重要证据。”张以春解释道。

为了寻找这类化石,张以春带领研究生于2016年再次前去,沿着产状从底往上测了300多米,寻找柯兰尼氏虫的遗迹。“开始我们一直没有找到,直到还剩下最后一两米就要结束的时候,我跟研究生开玩笑说,这可真是一锤子买卖了。”幸运的是,就在最后一两米里,果然发现了柯兰尼氏虫的化石。

柯兰尼氏虫化石的发现打破了科学家之前认为的拉萨地块在晚二叠时已经变成陆地的结论。“我们发现,晚二叠时期拉萨地块全部都在海里,还没有形成陆地,也无法向其他地块提供物源。”张以春说。

探寻未解之谜

虫筳类有孔动物让张以春得出几个重大结论后,他的研究并没有停滞,因为还有很多未解之谜等待他继续探寻。

张以春现在以南羌塘板块研究为主。他发现在二叠纪大陆裂解时期,最大的裂解处应该出现很多玄武岩,也就是说南羌塘南部应该出现大量玄武岩,但实际上大量的基性岩墙群都出现在南羌塘板块北边。“我一直在思考,是地块发生了旋转还是南羌塘北面原来有个微板块被俯冲掉了。这需要作大量的剖面研究才能建立南羌塘的空间格局模型。”张以春说。

不仅如此,南羌塘板块东部和西部的地层也不一样,东部出现了很多海山,西部却都是地块,这是什么原因造成的?这些问题都让张以春无法停止探索的脚步。目前他正在写的一篇论文是关于西藏板块与缅甸和东南亚关系的。

“守着西藏,我要发现更多有意思的历史。”张以春说。


 

《中国科学报》 (2018-01-12 第5版 文化)
 
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