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地球环境所等发现剑齿象起源于中国的年代学证据,早中新世哺乳动物群磁性年代学研究

随着新生代地球气候变冷,地球上的哺乳动物逐渐取代了中生代处于统治地位的爬行动物,成为地球上脊椎动物中的优势群体。亚洲的哺乳动物化石含量丰富并且分布广泛,但是亚洲哺乳动物年表(ALMA,主要来自中国)无论是在精度还是准度上,都无法与欧洲哺乳动物年表和北美哺乳动物年表相比,这严重制约了我国新近纪古生物学的深入研究。

随着新生代地球气候变冷,地球上的哺乳动物逐渐取代了中生代处于统治地位的爬行动物,成为地球上脊椎动物中的优势群体。亚洲的哺乳动物化石含量丰富并且分布广泛,但是亚洲哺乳动物年表(ALMA,主要来自中国)无论是在精度还是准度上,都无法与欧洲哺乳动物年表和北美哺乳动物年表相比,这严重制约了我国新近纪古生物学的深入研究。

剑齿象是长鼻目真象科剑齿象亚科已灭绝的一属,在上新世和更新世的亚洲大陆最为繁盛。最早的剑齿象出现于晚中新世,最晚可以生存到晚更新世。目前对于剑齿象的起源存在两种观点:传统观点认为剑齿象起源于亚洲,而另外一种观点认为其起源于非洲。目前在我国有甘肃兰州盆地和山西榆社盆地2个地点产出了晚中新世的剑齿象化石,其中榆社盆地剑齿象化石通过磁性地层学确定其年代约600万年,而兰州盆地的剑齿象化石年代目前只受到伴生哺乳动物群的生物地层年代学制约,即只知道位于晚中新世,缺乏更加准确的年代。另外一方面,在非洲肯尼亚发现的最老剑齿象化石年代约为700万年,比我国榆社盆地的剑齿象化石年代早了大约100万年,这为剑齿象起源于非洲提供了证据。因此,兰州盆地剑齿象化石的准确年代对揭示剑齿象的起源至关重要。

兰州盆地位于青藏高原东北缘,新近纪地层出露连续、完整,并且蕴含大量哺乳动物化石,记录了丰富的古环境演化信息。准确的年代是进行古气候学、地质学和古生物学研究的重要基础。为了建立兰州盆地新生代沉积及其蕴含哺乳动物的准确年代,在国家“973”计划、国家自然科学基金委和中国科学院的联合资助下,中科院地球环境研究所博士张鹏、研究员敖红和中科院院士安芷生联合荷兰乌特勒支大学教授Mark
J.
Dekkers和西北大学教授李永项从2010开始对兰州盆地富含哺乳动物的对亭沟剖面开展详细的磁性地层学。由于兰州盆地第三纪地层沉积复杂,而且磁性较弱,要建立可在区域上可完全对比的准确年代框架是一项非常艰巨的研究课题,经过六年多的仔细研究、多次样品采集和反复测量等工作,最终建立了可与兰州盆地其它剖面以及临近西宁盆地进行好对比的可靠磁性地层年代框架,为后续古气候学、地质学和古生物学研究奠定了重要的年代学基础。古地磁结果表明,对亭沟剖面咸水河组地层的磁性地层序列记录C5En至C6Cr之间的极性,剖面年代约为18-24
Ma。

兰州盆地位于青藏高原东北缘,新近纪地层出露连续、完整,并且蕴含大量哺乳动物化石,记录了丰富的古环境演化信息。准确的年代是进行古气候学、地质学和古生物学研究的重要基础。为了建立兰州盆地新生代沉积及其蕴含哺乳动物的准确年代,在国家973计划,国家自然科学基金委和中国科学院的联合资助下,中国科学院地球环境研究所张鹏博士、敖红研究员和安芷生院士联合荷兰乌特勒支大学Mark
J.
Dekkers教授和西北大学李永项教授从2010开始对兰州盆地富含哺乳动物的对亭沟剖面开展详细的磁性地层学。由于兰州盆地第三纪地层沉积复杂,而且磁性较弱,要建立可在区域上可完全对比的准确年代框架是一项非常艰巨的研究课题,经过六年多的仔细研究、多次样品采集和反复测量等工作,最终建立了可与兰州盆地其它剖面以及临近西宁盆地进行好对比的可靠磁性地层年代框架,为后续古气候学、地质学和古生物学研究奠定了重要的年代学基础。古地磁结果表明,对亭沟剖面咸水河组地层的磁性地层序列记录C5En至C6Cr之间的极性,剖面年代约为18-24
Ma。

中国科学院地球环境研究所研究员敖红联合国内外同行,在国家重点基础研究发展计划项目和国家自然科学基金委项目的共同支持下,对兰州盆地蕴含剑齿象化石的邢家湾剖面开展了详细的磁性地层年代学研究。研究结果表明建立的邢家湾剖面磁性地层序列与晚中新世标准极性年表存在两种对比方案。一种对比方案表明邢家湾剖面记录了从C5r.2n到C4n.1n的极性带,剖面年代约为11.6–7.6
Ma。邢家湾动物群位于C5r.1r 和C5n.2n极性带的界线附近,其年代约11
Ma。另外一种对比方案表明邢家湾剖面记录了从C4An.2n到C3n.2n的极性带,剖面年代约为8.9–4.8
Ma。邢家湾动物群位于C4r.1r 和C4n.2n极性带的界线附近,其年代约8 Ma。

这一研究将其中产出的对亭沟动物群的时代限定为18.9
Ma,张家坪动物群为20.6-21.2Ma,庙嘴子动物群为23.2-24
Ma,为解决长期以来关于这三个哺乳动物群年代的争议提供了新的证据。此外,在这些哺乳动物群中既有草原型物种,也有森林型物种,特别是在庙嘴子动物群中,森林型物种含量较高,其中不乏象类和巨犀这种对水分需求比较大的物种,这说明兰州盆地在晚渐新世至早中新世具有森林和草原混合的植被类型,比现今的气候要湿润。

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这一研究表明邢家湾动物群蕴含的剑齿象化石年代至少800万年,也可能达到了1100万年,这两个年代都比非洲的剑齿象出现的年代要早,是目前全球最早的剑齿象化石。因此这为剑齿象起源于亚洲的传统观点提供了新的年代学证据,而且剑齿象应该是从我国兰州盆地走出,逐步迁移到非洲的。此外,在邢家湾动物群的哺乳动物中既有森林型物种,也有草原型物种,这说明兰州盆地在晚中新世具有森林和草原混合的植被类型,与现今干旱–半干旱草原植被类型显著不同。

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