山东莱阳早白垩世植物化石及古生态特征

摘要

白垩纪作为重要的“温室气候”时期，发生了一系列全球性的地质事件。全球环境、气候及植物面貌发生了较大地变化。因此，研究白垩纪的植物化石，对全面了解及认识该时期的陆地生态环境具有重要意义。莱阳地区位于山东半岛的中心区域，区域内发育一套以湖相为主的地层。根据近年来多门类古生物化石的发现和报道，证明莱阳地区存在着一个生物多样性十分丰富的早白垩世陆相生态系统。本文系统研究了早白垩世莱阳植物群中的植物大化石和孢粉化石，为分析莱阳地区早白垩世时期的古气候、古生态、古地理和植物地理分区等提供了重要的化石证据。此外，本文首次利用该地区松柏类植物化石气孔参数重建了早白垩世的古大气CO2浓度，对预测未来全球气候变化的趋势具有重要的指导意义。 本文化石采自早白垩世莱阳组中部钙质页岩中，通过对其营养器官和生殖器官的宏观形态特征及表皮微细构造的综合研究，共鉴定植物化石5科10属21种，其中建立了3个新种。并结合相关化石资料、全球板块构造格局以及环境变化，重点对Equisetites、Pararaucaria、Elatides及Ephedra植物化石的古地理及古环境意义进行了探讨和分析。 通过详细研究，报道了木贼科Equisetites的地上枝，孢子囊穗以及地下根茎化石，并建立了1个新种——Equisetitesshandongensissp. nov.。根据木贼类植物化石形态演化及地质记录，推测Equisetites可能为现今Equisetum进化方向上的过渡类群。Pararaucarialaiyangensissp. nov.是在莱阳盆地首次发现的掌鳞杉科雌性繁殖器官化石，且当前Pararaucaria雌球果基部保存有一小段具鳞叶型叶片小枝，这一发现为 Pararaucaria 全植物的重建提供了重要证据。此外，依据Pararaucaria化石记录及地理分布，推测该属可能适应生长于半干旱地区。本文对似枞属枝叶及雌性繁殖器官化石（Elatides laiyangensis、Elatidescf.curvifolia和Elatides sp.）的微观构造和宏观特征进行了系统的研究，并推测Elatides自晚侏罗世从欧洲经乌拉尔山脉传入中国新疆后，分布范围进一步扩大，最终传播至中国最北部省份黑龙江；同时由于早侏罗世古昆仑-古秦岭山脉这一天然屏障的阻碍，使得该属自早白垩世才从中国北方，经由山东传播至中国南方。Ephedra shandongensissp. nov.也是Ephedra在山东地区的首次发现，并根据可靠的化石记录以及分子生物学证据，推测Ephedra的起源时间不晚于早白垩世Barremian。 选取了对古大气CO2浓度有良好指示意义的3种化石植物Brachyphyllum、Pagiophyllum 及 Cupressinocladus，利用光合气体交换模型以及气孔比率法，对莱阳早白垩世早期的古大气 CO2浓度范围进行了定量恢复。结果表明研究区早白垩世早期的CO2浓度范围为529–1252 ppmv。同时与前人利用其它方法或指标恢复得到的CO2浓度值进行了对比，当前结果在各指标恢复的误差范围之内，进一步说明利用光合气体交换模型来恢复中生代古大气 CO2浓度是一个可行的方法。根据该区域内早白垩世（Hauterivian–Barremian）相对较低的古大气 CO2浓度，表明早白垩世早期研究区内气候存在变冷趋势，并可能预示着陆生植物对Weissert大洋缺氧事件（Weissert OAE）存在一定的响应。 最后利用莱阳组植物大化石及孢粉组合特征，并结合与我国同时期植物群展开的聚类分析及对比研究，对研究区早白垩世早期的古植被面貌进行了重建，结果表明莱阳植物群主要以松柏类为主，苏铁类、楔叶纲、真蕨纲和种子蕨纲次之，银杏类和麻黄类占少量。其总体面貌与中国早白垩世过渡植物区系一致，兼有南、北方植物区植物群特点，且更接近于南方植物区。推测研究区整体处于干燥的亚热带气候，而局部地区较为湿润。

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