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  ■ 新闻缘起

  距今3亿年前,贺兰山西北角的一片原始森林中长满了各种生机盎然的植物,有一天附近的火山突然喷发,持续两天的火山灰不断飘落到这片森林里,所有的树木瞬间被覆盖住。中科院南京地质古生物所王军博士在乌达煤田发现了这座“植物庞贝城”,保存面积大约20平方公里。据悉,《美国科学院院报》(PNAS)近日将刊登这项成果。

  “植物界也有一个庞贝古城,我们在内蒙古的乌达找到了。”

  2月21日,中国科学院南京地质古生物研究所王军博士正式公布十年研究成果:中国科学家复原了3亿年前的“植物庞贝城”,实现了世界上迄今为止对地史时期陆地景观,最大面积的植被实际复原研究。此次实际复原1000多平方米面积的远古森林在世界上是第一次。

  那么,3亿年前的内蒙古乌达到底发生了什么?乌达“植物庞贝城”是怎么发现的?“植物庞贝城”又能告诉我们些什么?就这些疑问,我们请王军博士为读者解疑惑,告诉读者“植物庞贝城”里的秘密。

  —— 讲 述 ——

  内蒙古乌达煤田有一座“植物庞贝城”

  著名的意大利“庞贝城之谜”知者甚多。在公元79年8月24日,维苏威火山突然爆发了。瞬息之间,火山喷出的灼热的岩浆遮天蔽日,四处飞溅,浓浓的黑烟,夹杂着滚烫的火山灰,铺天盖地降落到庞贝城,空气中弥漫着令人窒息的硫磺味。很快,厚厚的熔岩和火山灰毫不留情的将庞贝从地球上“抹”掉了。但当考古学家找到它的时候,城中的一切都可以“完美”呈现,城中被埋葬的人、动物、家具、建筑物等生活场景,反映了古罗马时代社会生活的真相,成为世界上罕见的一座天然历史博物馆。

  无独有偶,在内蒙古贺兰山的西北角、内蒙古乌达煤田有一座“植物庞贝城”。王军介绍说,“植物庞贝城”是2003年他和美国宾夕法尼亚大学赫尔曼·佩弗科恩教授一起去内蒙古乌达煤田采集标本才发现的。它与著名的意大利“庞贝城”的保存方式相似,可以说是地球生物界的一个“植物庞贝城”。

  那么,当时到底发生了什么,让“植物庞贝城”迅速出现呢?

  —— 疑 问 ——

  3亿年前,内蒙古乌达发生了什么? 一场火山让整片森林瞬间埋入地下

  大约3亿年前,内蒙古乌达大地上生长着一片生机盎然的原始森林。

  这里气候温暖湿润,长满了各种植物,树木高低错落,最高大的有30多米高,最小的还不及人的脚踝。这些古老的植物,丰富而复杂,有的都叫不出具体的名字,但大家都相安无事滋润地生活着。可是,最终这种“安静”却被几十公里外,突如其来的一场巨大火山喷发打破。

  那是一场灾难性的大火山,当时的火山比美国黄石国家公园的规模还要大,到处都是灰蒙蒙的一片,火山的喷发柱火山灰一直上扬到高空几十公里开外,也就是这场突如其来的巨大火山,让乌达的整片森林瞬间埋入地下。据说,这是一座“暴脾气”的火山,持续喷发了2天,厚厚的火山灰飘到了这片森林里,所有的树木瞬间被“封”住了。这一切,和1713年考古学家发现的意大利“庞贝城”极其相似。

  “我们通过测定火山灰的年代来判断植物的年龄,距今约3亿年。庞贝城完整、真实的保存和展示,与火山这种灾难性事件的突发是密切相关的。不可否认,火山爆发的确是灾难,但是它却可以特定保存下景观、生态,对古生物学来讲是很难得的。”王军说,通常生活状态下的植被,大部分因为风吹雨淋自然死亡,被空气氧化并最终消失。剩下的一小部分因为种种“机缘巧合”与空气隔绝,经过冲刷搬运埋藏,形成了化石。

  那么,封存了这么久的“植物庞贝城”又是怎么发现的?

  “植物庞贝城”是怎么发现的? 为了找到“植物庞贝城”掀掉了整个山顶

  “我之所以会想到去内蒙古乌达煤田,是受到我在读博时导师的影响。”王军的博士生导师曾经在乌达煤田考察时,吃饭期间无意中找到了一块保存精美的植物化石。1993年,王军和导师一行三人又去了乌达煤田,想要找到更多、更好的化石。“那里的化石又多又好,但那个时候并没有意识到是因为火山造成的。”就这样,他们每年都去当地采集化石。

  直到2003年,王军和美国一个专家又去了乌达,这次才意识到应该是火山爆发造成的:“因为煤田的煤被挖开了,我们发现了很多完整的标本。”

  这个“植物庞贝城”在山腰,共有66厘米厚的火山灰。火山灰的上面是煤,下面还是煤。为揭开“植物庞贝城”的真实面貌,他们借来了大型机械,把压在火山灰上的泥土、石头等一一掀掉。当山顶全部揭掉,露出化石层,王军和他的团队成员们小心地把化石标本敲打出来。每敲出一块,是什么种类的植物,具体方位在哪里等等,都要做好标记。

  那么,找到了“植物庞贝城”,会有什么新发现?

  “植物庞贝城”里藏着什么? 每隔三五米就有一个直立树干

  王军和他的团队发现,一般化石中的植物都是躺着的,但是,乌达的化石是“站着”的。“很密集,每隔三五米就有一棵直立的植物树干。”我们开始怀疑,这里很可能像庞贝古城一样瞬间被埋入地下,“凝固”起来。王军说,就是当时的那次火山喷发,把这个生命保存下来了,火山灰把这些叶子全打落下来以后,埋在树干的周围,然后火山灰就把这些树叶都埋在里面,地下有直立的茎杆保存,这也是证明它是火山保存的一个非常直接的因素。

  王军介绍,化石是在两层中间,可以清晰地辨认出植物茎干的印记,“普通的植物化石根本达不到这样的条件,非常难得。”此外,因为大量的植物被火山灰掩埋并被炭化,因此形成了现在的煤田,据悉,我国华北地区大量的煤都要“归功”于这个“植物庞贝城”。如今,王军的研究团队有来自10多个国家的30多位科学家们共同解读整个“植物庞贝城”的信息。

  —— 释 疑 ——

  “植物庞贝城”或告诉我们植被跟随气候变换的趋势

  在王军展示的大量化石照片中,几十种植物的叶片、树干,经络分明、栩栩如生,依然呈现着它们在3亿年前的生活样貌。据介绍,这片原始森林中,共有6大植物类群,分别是石松类、有节类、瓢叶类、蕨类、原始松柏类、苏铁类,而瓢叶类植物占据了森林的“统治”地位。“植物庞贝城”揭示了复杂性瓢叶类植物能够在局部区域占据统治地位,并让科学家了解到高层植被科达与封印木是不能在同一生态环境下共同生存的。

  这次发现的“植物庞贝城”所处环境,正是地球气候从冰室向温室过渡的时期,与地球目前所处的气候环境具有非常强烈的对比意义。而植物化石的变化往往是一段时期内地球环境及气候变化的最好证据,因此,对这些化石证据进行“解密”,对探究现代植被跟随气候变换的趋势也具有重要的参考价值。

  当然,如此庞大的“植物庞贝城”依然留有许多未解之谜。“例如,我们首次发现科达(裸子植物)和封印木(孢子植物)这两种植物,在同一生态环境竟然不能共存;还发现了一种已经灭绝的孢子植物——瓢叶类拟齿叶的完整树冠标本。”王军说,这些谜团在今后的研究中将一一解开。

  ■ 专家观点

  复原远古森林主要依赖于化石群落的保存状况

王军: 中国科学院南京地质古生物研究所研究员

  由于以前植物标本保存条件的限制,迄今人们所看到的地球历史上的远古森林的复原图均为“概念性复原”,无论是在中小学教科书,还是世界各地的科普场馆的那些原始森林复原图,都存在着巨大的时间和空间误差,比如,有些明明不是同一时期存在的远古植物,却出现在同一张模拟图片上,还有一些植物形态与真实的还原有很大差距。

  经过对乌达煤矿“植物庞贝城”中众多植物化石形态和位置的三维复原,在全世界首次绘制出了一张远古森林的实际尺寸复原图。这张图片还原了1100多平方米的森林原貌,精确到每棵树的间隔距离都没有丝毫误差。

  复原远古森林主要依赖于化石群落的保存状况,“植物庞贝城”中的大量化石都保存得异常完整,帮助我们实现了世界上迄今为止对地史时期陆地景观最大面积的植被实景复原。对于植物庞贝城的研究还在继续,已经采集到的一些精美标本,将计划在南京古生物博物馆对公众进行展示,“植物庞贝城”原址也可能将建科普教育基地。