遼西為何成為古生物化石聚寶盆？

汪筱林

電影《侏羅紀(jì)公園》大家都很熟悉，可是你知道在我國(guó)遼寧省西部有一處“白堊紀(jì)公園”嗎?與電影相比，這里所創(chuàng)造的奇跡可是實(shí)實(shí)在在的：從20世紀(jì)90年代初以來(lái)，一件件重要化石不斷涌現(xiàn)。從魚(yú)類開(kāi)始，到兩棲類、爬行類(龜鱉類、蜥蝎類、離龍類、翼龍類、獸腳類、蜥腳類、鳥(niǎo)腳類)，再到鳥(niǎo)類，一直到哺乳類都有發(fā)現(xiàn)，另外還有很多被子植物。對(duì)于研究古生物的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，遼西簡(jiǎn)直是一座天然的化石寶庫(kù)，而這一切源于遼西得天獨(dú)厚的古地理背景和埋藏環(huán)境。

遼西與熱河生物群

位于遼西的朝陽(yáng)、錦州是熱河生物群的核心地區(qū)，周邊地區(qū)也有廣泛的分布，比如內(nèi)蒙古的東南部赤峰和河北省的北部承德等等。因?yàn)檫@些地區(qū)原屬熱河省，所以早在1928年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家葛利普在他的著作中首次用“熱河動(dòng)物群”來(lái)命名為他所取得的一系列發(fā)現(xiàn)。隨后的發(fā)現(xiàn)不僅限于動(dòng)物，還包括植物，所以就組成了“熱河生物群”。關(guān)于熱河生物群時(shí)代的爭(zhēng)議持續(xù)了近一個(gè)世紀(jì)。通過(guò)近十幾年來(lái)的發(fā)現(xiàn)，從脊椎動(dòng)物組合來(lái)判定，它的時(shí)代應(yīng)屬早白堊世的，同位素年齡測(cè)定也驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。也就是說(shuō)，熱河生物群的時(shí)代距今1．3～1．2億年。

近年來(lái)，由于熱河生物群引起廣泛關(guān)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(fā)現(xiàn)了大量的孔子鳥(niǎo)、帶羽毛恐龍中華龍鳥(niǎo)、北票龍，中國(guó)鳥(niǎo)龍及其魚(yú)類、兩棲類、龜類、蜥蜴類、翼龍類、角龍類和哺乳類等，現(xiàn)已成為世界上一個(gè)最著名的化石地點(diǎn)，它的知名度甚至超過(guò)了德國(guó)出始祖鳥(niǎo)的索倫霍芬，相鄰的尖山溝很早前就發(fā)現(xiàn)過(guò)大量的魚(yú)，無(wú)脊椎動(dòng)物和植物化石，后來(lái)引起轟動(dòng)是因?yàn)槌鐾亮说谝粋€(gè)原始鳥(niǎo)類孔子鳥(niǎo)標(biāo)本和哺乳類張和獸；而在張家溝發(fā)現(xiàn)了帶有真正羽毛的獸腳類恐龍尾羽龍、原始祖鳥(niǎo)和其他脊椎動(dòng)物化石。

白堊紀(jì)的“龐貝城”

為什么在遼西地區(qū)有如此豐富、如此種類繁多的古生物化石?為什么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(fā)生了什么：這座意大利的古城在公元79年的時(shí)候，被強(qiáng)烈噴發(fā)的維蘇威火山所掩埋。1784年，考古學(xué)家在火山灰層里面就發(fā)現(xiàn)了這座古城，城中的一些人、一些動(dòng)物、一些其他的東西保存得非常完好，栩栩如生。原因就在于火山爆發(fā)以后，整座城市被火山灰快速地埋藏起來(lái)，使其完整停留在歷史的這一瞬間里邊。

遼西之所以蘊(yùn)藏如此豐富的生物化石，同樣也是出此原因。科學(xué)家通過(guò)野外考察和化石發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了熱河生物群有過(guò)頻繁的火山爆發(fā)?；鹕奖l(fā)造成的突發(fā)自然災(zāi)難導(dǎo)致生物突然死亡，而后又被火山灰快速埋藏起來(lái)。

眾所周知，火山噴發(fā)是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害，同樣也被認(rèn)為是地質(zhì)歷史時(shí)期生物集群死亡甚至全球性生物集群絕滅的主要原因之一?；鹕阶饔弥苯雍烷g接地導(dǎo)致生物集群死亡，火山噴發(fā)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，影響范圍相對(duì)較小，是局部的效應(yīng)，而且化石難以保存?最重要的影響是大規(guī)模的火山爆發(fā)造成地球大氣圈和水圈的變化，導(dǎo)致氣候與環(huán)境突變而致使生物集群死亡或集群絕滅，是區(qū)域性乃至全球性的災(zāi)變事件，其特點(diǎn)是影響范圍和程度大，化石數(shù)量多，保存完整。

在遼西地區(qū)，目前能夠確認(rèn)數(shù)十次的脊椎動(dòng)物集群死亡事件。比如四合屯地區(qū)孔子鳥(niǎo)類群集群死亡事件。發(fā)掘統(tǒng)計(jì)表明，孔子鳥(niǎo)化石平均5—6平方米就有1件，局部地段達(dá)1—2平方米1件，可見(jiàn)其豐度之大，絕非正常死亡所致?；４鏄O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(zhǎng)長(zhǎng)的尾羽及其羽枝、羽軸清晰可見(jiàn)。鳥(niǎo)類化石前后肢及尾羽伸展，脖頸前伸，明顯地反映了非正常死亡。另外孔子鳥(niǎo)化石均為成年個(gè)體，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)幼年個(gè)體。當(dāng)突發(fā)性火山爆發(fā)時(shí)，鳥(niǎo)類盡可能地躲避陸相火山爆發(fā)形成的危險(xiǎn)，成年個(gè)體的羽毛發(fā)育完善，飛翔能力強(qiáng)，有能力飛向危險(xiǎn)性相對(duì)較小、遠(yuǎn)離岸邊的湖泊中央。這就解釋了為什么只有成年個(gè)體的鳥(niǎo)類化石發(fā)現(xiàn)于半深湖—深湖環(huán)境的原因。

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(gòu)造。這些化石群埋藏狀態(tài)和保存特征均真實(shí)地記錄了火山噴發(fā)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(gè)因素：第一是生物群要非常豐富，第二是生物的死亡方式，是正常的死亡，還是災(zāi)難性的死亡。比如說(shuō)地震或者是火山爆發(fā)，這種災(zāi)難性的死亡往往能使大量生物集中地保存下來(lái)；第三是搬運(yùn)距離的遠(yuǎn)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，也就是說(shuō)生物是快速埋藏還是有一段時(shí)間暴露在地表的緩慢埋藏第五是埋藏環(huán)境，是氧化環(huán)境還是還原環(huán)境最后是時(shí)間。下面我們就逐一分析一下。

生物群現(xiàn)在各種證據(jù)顯示，早白堊世的遼西地區(qū)氣候溫暖潮濕，雨水充足，湖泊相連，植被比較發(fā)育，非常適宜生物生長(zhǎng)發(fā)育。陸地上有許多生物，水里邊有魚(yú)，也有水生的爬行動(dòng)物，空中有鳥(niǎo)，有昆蟲(chóng)，有翼龍等等，它們組成了一個(gè)很好的食物鏈。當(dāng)時(shí)的被子植物，也就是有花植物出現(xiàn)了，一些采花的昆蟲(chóng)大量地繁盛。而鳥(niǎo)要吃這些昆蟲(chóng)，它就要主動(dòng)飛翔?？傊?dāng)時(shí)的環(huán)境非常適合于生物的大量繁衍和演化。

死亡方式遼西地區(qū)的火山爆發(fā)當(dāng)時(shí)是非常頻繁的，而這種火山屬于中酸性火山，噴發(fā)出來(lái)的并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(fā)還造成陸地森林的大火，研究人員在地層里面發(fā)現(xiàn)了很多炭屑，這就是森林大火的一個(gè)證據(jù)。在每一層火山灰下面都有大量生物埋葬。是火山爆發(fā)導(dǎo)致它們的死亡，非正常的突然的集群死亡。

搬運(yùn)距離如果說(shuō)生物死亡以后就地埋藏，那么它應(yīng)該保存得很好，如果經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間搬運(yùn)的話，就保存不了很好骨架，也保存不了軟體的組織。一個(gè)有意思的發(fā)現(xiàn)，那就是很多鳥(niǎo)類、恐龍都是陸地生存的，但它們的化石埋藏地點(diǎn)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(huán)境有一段距離，按道理說(shuō)它是經(jīng)過(guò)一定距離搬運(yùn)的。經(jīng)過(guò)野外發(fā)掘時(shí)對(duì)化石原始埋藏狀態(tài)的仔細(xì)觀察，那就是這種搬運(yùn)并不是生物死亡后進(jìn)行的，而是在它活著的時(shí)候自己主動(dòng)進(jìn)行的，為的是逃離火山爆發(fā)產(chǎn)生的森林大火或有毒氣體。

埋藏速度埋藏速度也是非常關(guān)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(shí)間以后，那有機(jī)質(zhì)腐爛氧化以后，保存不了很好的化石。

埋葬環(huán)境看是氧化環(huán)境還是還原環(huán)境，一般化石如果在還原環(huán)境下，往往保存得很好，如果在氧化環(huán)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(fā)現(xiàn)很多標(biāo)本都是一種深湖的環(huán)境，它很快沉積在湖底以后，火山灰很快就把它覆蓋埋藏起來(lái)，是一種還原狀態(tài)。

時(shí)間化石的形成需要一定的時(shí)間，熱河生物群化石形成時(shí)間很長(zhǎng)，距今約一億多年。

遼西地區(qū)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(dú)厚的寶地，是因?yàn)閺闹锌梢粤私鉄岷由锶旱妮椛?、絕滅及其與環(huán)境的相互的關(guān)系等等?？v觀地球的演化歷史，地球出現(xiàn)溫室效應(yīng)的時(shí)期恰恰都是生物大發(fā)展的時(shí)期，熱河生物群之所以輻射如此廣泛，也是火山爆發(fā)、二氧化碳增多、地球溫度升高的環(huán)境變化，對(duì)陸生和淺海的生物產(chǎn)生了積極的影響。更重要的是，現(xiàn)在地球上生態(tài)系統(tǒng)的雛形就形成于中生代的這一時(shí)期，被子植物、鳥(niǎo)類、哺乳動(dòng)物以及目前的海陸分布格局，都從這一時(shí)期開(kāi)始分化，因此關(guān)于熱河生物群的研究，對(duì)今天的地球也具有重大的意義。

[責(zé)任編輯]龐云