早在4.38億年前的志留紀早期，以我國長江流域為主的華南板塊曾是一片廣闊的海洋——名為“揚子海”！該海域又被進一步分為上、下揚子海，兩者通過一狹長的水道相連。更神奇的是，如今遠在4000公里之外的塔里木盆地並不在現在的位置，而是與我國的華南板塊相連。解開這段神秘古海洋演化歷史的端倪，竟是因為兩地古魚類有着非常相似的面貌。
原標題：揭秘4.38億年前古海洋！長江流域華南板塊曾是揚子海，與塔里木盆地古陸相連
近日，中科院古脊椎所碩士研究生山顯任，在蓋志琨、趙文金研究員的聯合指導下，在地層學專業期刊《地層學雜誌》發表封面文章，報道了中科院古脊椎所早期脊椎動物團隊在全國範圍志留紀淺海紅層中長達20年野外考察的重要成果。這20年，尤其是近十餘年來，蓋志琨研究員帶領野外團隊跑遍了蘇、皖、浙、鄂、贛、湘、渝、黔、川、新、藏等省市自治區近50個縣（市）的志留紀早期淺海紅層，最終在江蘇南京、浙江長興、安徽寧國、巢湖、江西九江、湖北武漢、湖南張家界、重慶秀山、新疆塔里木等地區的志留紀早期海相紅層中發現了大量的早期魚類化石材料，從而為這些地區志留紀的海相紅層的對比提供了重要的古魚類化石證據。
圖1 揚子海及古魚化石產地的分佈（紅色代表淺海）（山顯任繪製古地理圖，縱瑞文提供湖北武漢生態復原圖，其他生態復原圖均由楊定華繪製）
20年野外科考揭開志留紀醒目海相紅層中蘊藏之謎
志留紀時期，我國華南板塊和塔里木板塊沉積形成了一系列獨特的淺海相紅層，主要是一套以紫紅色和黃、灰綠色為主的細碎屑岩。
紅層沉積主要形成於近岸淺水地帶，古陸的存在是紅層形成的古地理背景。河流攜帶的大量含赤鐵礦的細碎屑物, 堆積在近岸海底上，因其顏色醒目，很容易在野外進行鑒定和識別。
整個志留紀時期共識別出了三套淺海紅層，其沉積時期分別為蘭多維列世特列奇早期（距今4.38億年）、中晚期（距今4.33億年）和羅德洛世晚期（距今4.25億年），根據各自所處的地層位置分別被稱為“下紅層”“上紅層”和“羅德洛統紅層”。
圖2 中國志留系特列奇階下紅層含魚化石的剖面（山顯任提供）
盔甲魚類是我國志留紀淺水海相紅層中的常見分子，其堅硬的膜質骨頭甲很容易被保存成化石。中國志留紀時期的盔甲魚類化石不僅屬種繁多，個體數量豐富，而且經歷了幾次快速的輻射演化，能夠在地層對比上發揮作用。另外， 盔甲魚的古地理分佈廣泛，遍布安徽、浙江、江西、武漢、湖南、重慶、雲南、新疆等省（自治區）， 為地層的橫向對比提供條件。
近年來，隨着盔甲魚分類學研究的不斷深入, 其生物地層對比的意義也逐漸突出。目前，我國學者已經初步建立起志留紀魚類生物地層對比序列，其中，三個各具特色的魚類組合——溫塘組合、茅山組合和揚子組合，分別產自志留紀下紅層、上紅層和羅德洛統紅層之中，為這三套淺海紅層之間的對比提供了重要的化石證據（圖3）。
圖3 盔甲魚類的系統發育關係與地史分布圖（山顯任供圖）
溫塘組合是依據產自湖南張家界下紅層溶溪組中的2個盔甲魚類屬種和若干軟骨魚類鰭刺化石建立的（圖4）。經過十餘年野外工作的積累，研究人員對該組合有了不少新認識：除湖南地區的溶溪組之外，江西、江蘇、浙江、安徽、湖北、重慶、貴州等地的下紅層中也產有豐富的盔甲魚類和軟骨魚類化石材料。這一系列新發現證實盔甲魚類和軟骨魚類在特列奇早期具有更高的多樣性以及更廣泛的古地理分佈，表明溫塘組合具有更大的區域地層對比的潛力。
圖4 湘西北溶溪組魚類化石代表（蓋志琨攝、楊定華繪）
在此次研究中，他們對近年來發現的最為關鍵的兩個志留紀含魚層位——江西九江地區的清水組和安徽寧國地區的唐家塢組，進行了報道,，並對中國志留紀5個下紅層沉積區的魚類化石及魚化石組合進行了總結及對比分析。
江西九江地區的志留紀地層化石產出記錄和盔甲魚分類學研究表明，下紅層清水組以基幹盔甲魚類和原始真盔甲魚類（曙魚科）的共同出現為特徵（圖5），而上紅層西坑組則以較為進步的中華盔甲魚科的出現為標誌。
因此，江西九江地區下紅層清水組與上紅層西坑組的魚類組合面貌截然不同，分別代表了盔甲魚類兩個不同的演化階段，從而為華南志留紀上、下紅層的精確對比提供了參考標尺。
圖5 贛西北清水組魚類化石代表（蓋志琨攝、楊定華繪）
通過一系列早期魚類化石材料的新發現和長江下游地區下紅層的廣泛識別，本項研究對下紅層中的溫塘組合進行了補充和修訂，其涵蓋的分類單元從之前的3科5屬擴展到6科14屬和若干未定屬，其古地理分佈從湘西北地區擴展到黔東南、鄂東南、贛西北、浙西北、皖東南、皖東等地區。
圖6 浙西北唐家塢組魚類化石代表（蓋志琨攝、楊定華繪）
圖7 皖東侯家塘組和墳頭組魚類化石代表（蓋志琨攝、楊定華繪）
古魚類化石透露塔里木盆地4億多年前“身世”
古生物化石證據在證明大陸漂移假說的過程中起了非常關鍵的作用。1910年，德國著名氣象學家、地球物理學家魏格納提出，全球的陸地在2億年前還是彼此相連的一個整體，後來由於受到力的作用，才不斷分離並漂移到現在的位置。
為了驗證這一假說，科學家找到了許多證據，其中最說服力的證據之一就是來自於水龍獸的化石證據。水龍獸是一種生活於約2億年前的一種似哺乳爬行動物，主要生活在陸地上，無法進行跨海遷徙，但是它們的化石卻廣布與我國新疆、非洲南部、印度、南極州等地的二疊紀末—早三疊世地層中，其跨大洋的廣泛的分佈，有力地說明了這些化石點，當時可能處於同一個聯合大陸——岡瓦納大陸。
盔甲魚類在證明板塊漂移學說中同樣起着舉足輕重的作用。
盔甲魚是一類營底棲濾食性生活的魚類，主要生活環境為靠近古陸邊緣的淺海地帶，從現有的化石記錄來看，特列奇早期的魚類化石總體上沿華夏古陸和滇黔古陸邊緣分佈，進一步印證了在4.38億年前的志留紀早期，我國以長江流域為主的廣大地區曾是一片廣闊的海洋—揚子海。
此外，盔甲魚類頭甲均扁平，缺少成對的偶鰭，表明其游泳能力較弱，擴散、遷移的能力有限，寬廣的陸地和寬闊的海洋均成為其擴散、遷移的障礙，因此盔甲魚類具有重要的古地理意義。
新疆柯坪—巴楚地區的志留紀特列奇早期淺海紅層中同樣產有豐富的盔甲魚類，該魚群面貌涵蓋了基幹盔甲魚類的三大類群和原始的多鰓魚類(古木魚科)，與同時期華南地區尤其是浙江長興、安徽巢湖一帶的魚群面貌高度一致，這不僅為華南板塊和塔里木板塊特列奇早期淺海紅層之間的對比提供了直接證據，同時表明如今相隔四千公里的兩塊板塊，在當時可能屬於同一片海域。
圖8 新疆塔塔埃爾塔格組魚類化石代表（蓋志琨攝、楊定華繪）
除了古魚類化石證據外, 無脊椎動物化石的研究也表明: 我國華南和塔里木盆地是屬於同一動物地理區系。另外，兩者在志留紀早期的沉積環境也基本是一樣的, 均是屬於在乾旱環境下的淺海形成的紅色碎屑岩系。
再者, 兩者在志留紀時的地層架構基本是相同的, 即底層和蓋層的時代大致是相同的。古地磁的研究認為, 早在志留紀時期(大約在4.43-4.16億年前)，塔里木板塊大約位於北緯15度以南, 即赤道附近，而且位置偏東。當時它應該是與華南板塊連在一起的, 被稱為塔里木—華南聯合板塊（圖9）。
那麼塔里木盆地後來為什麼從赤道附近跑到了四千公里之外的西部邊陲了呢？目前尚沒有一個統一的看法。目前，根據古生物化石材料的研究並結合古地磁學、地層學和古環境等方面的綜合分析得出的最新的觀點是：塔里木—華南聯合板塊是在志留紀晚期的羅德洛期(422.9—418.7Ma)開始分開的，並各自成為一個獨立的板塊, 也就是說在這個時期塔里木板塊才開始從聯合板塊脫離出去。
這個聯合板塊解體的主要原因可能是由於羌塘、昌都陸塊從南向北帶着巨大的能量衝過來, 從而把聯合板塊撞開。聯合板塊解體之後, 塔里木板塊開始按着順時針的方向緩慢地向西北方向漂移。大約在晚二疊世時才到達現在的位置。也就是說塔里木盆地原來並不在現在的位置, 經過漫長的地質歷程，才從華南地區慢悠悠的漂到這裡來。隨着印度板塊繼續向北俯衝, 它是否還要向北漂移，尚待觀察。而華南板塊則向東平移滑動了800公里。
圖9 根據古魚類化石復原的塔里木盆地在志留紀時期的古地理位置
（與華南板塊一起形成一個塔里木-華南聯合大板塊，趙文金提供）
中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的碩士研究生山顯任為論文第一作者，蓋志琨研究員為論文通訊作者。
作者：許琦敏
圖片：古脊椎所提供
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