近日，中国科学院南京地质古生物研究所现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队的徐洪河研究员与香港大学郑大燃博士等合作，对新疆塔城西准噶尔地区中—晚泥盆世数条陆相剖面进行了详细的古生物学和同位素年代学研究，取得了该区域古环境变化的新认识。相关成果在线发表于国际地学期刊《三古》上。
越来越多粗大的植物化石现身
新疆塔城地区蕴藏着丰富的植物化石已不是什么新闻。早在2015年，徐洪河团队就在该地区发现了直径70厘米的植物茎干化石。
“3.5亿年前，地球处于泥盆纪，塔城地区曾是由一系列火山岛弧都构成，这些火山岛弧都分布在古赤道北部，热带地区的浅海之中，这里气候炎热而湿润，岛屿上植被茂盛，孕育了我国最古老的森林。”徐洪河告诉记者。
一开始，那些植物化石看起来并不起眼， 但是随着越来越多粗大的植物化石现身，徐洪河很快就明白这或许是一片远古时期的森林。
于是，研究团队对西准噶尔地区四条富含植物化石的朱鲁木特组地层剖面开展了详细的地质调查、化石和岩石样品采集和同位素年代学研究。
朱鲁木特植物群包含有晚泥盆世森林中典型的树型植物化石，其主要由石松类、古羊齿类和枝蕨类三类植物构成，这三类植物是构建中—晚泥盆世森林的典型树木类型，它们的化石在西准噶尔地区广泛分布。
这次，研究团队对这一地区进行了更为详细的地质调查和同位素年代学研究。他们对萨尔巴剖面植物化石层进行了高精度的锆石铀—铅（U-Pb）定年，将朱鲁木特植物群的时代限定在弗拉期最早期（371.5Ma±0.9Ma，Ma为百万年）。这表明朱鲁木特植物群是我国目前已知最早的森林，该森林的形成时间与弗拉期—法门期界线一致。这一时间，比远古森林大规模出现的时代早1000多万年。
此外，研究团队还对251山剖面呼吉尔斯特植物群的同位素年代进行了重新处理和计算，获得了更为精确的年代，将该植物群限定在距今约382.4Ma—380.4Ma。
远古时期的森林与现在大不相同
大约5亿年前，地球大陆逐渐披上了绿装。最早登上陆地的植物是苔藓、地衣这些低等植物，虽然它们个头不大，却具有顽强的生命力。经过大约1亿多年的时间，它们逐渐改变了陆地上恶劣的生存环境，使充满坚硬岩石的大地逐渐变得松软和肥沃。
到了距今约4.2亿—3.6亿年的泥盆纪，陆地植物发生翻天覆地的变化。
3亿多年前，塔城地区温暖湿润。根据地层研究，在化石埋藏点附近方圆80公里范围内都是茂密的森林，森林里长满了石松类、古羊齿类和枝蕨类植物。它们似乎找到长得更加高大的秘诀，每种植物都具有庞大粗壮的根系，而地上部分的个体不断径直向上生长，最高可以长到4米多，有的植物个体甚至达到了10多米的高度，这些植物不但足够高大，而且密集分布，构成了最早的森林。
“古羊齿类和枝蕨类植物现在都已灭绝。石松类植物现在仍然有广泛分布，但形态较远古时期的祖先也发生了明显改变。比如南京城墙下的阴凉处就生长着许多这种植物，但是个头很小，看起来就像一棵草。”徐洪河说。
据科学家研究，泥盆纪的地球曾是植物的王国，目前已证实的植物化石记录就有700多个属。在泥盆纪，既有厘米级别的低矮草本，也有乔木状的参天大树；既有靠孢子繁殖的多种多样的蕨类植物；也出现了最古老的、依靠种子进行繁殖的裸子植物，几乎除被子植物以外所有的植物类群都已出现。但蕨类植物依然是当时的陆地霸主。
“我们判断这些植物化石是否属于一片森林，最明显的识别标准就是植被的分层情况：顶层是最高可达4米以上的冠层植物，中间层有高度为1米左右的灌木，底层有大量低矮的草本植物。”徐洪河告诉记者，这次在塔城发现的“最古老”森林都满足这些标准。“这些高大的石松类，以及其他一些低矮的灌木和细小草本，共同构成了我国最早的森林。”
图为从新疆塔城地区晚泥盆世地层发现的枝蕨类植物化石。受访者供图
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