中新網北京7月28日電 (記者 孫自法)4.38億年前，中國長江流域是什么樣子？中國科學院古脊椎動物與古人類研究所(中科院古脊椎所)早期脊椎動物科研團隊最新研究給出一個“滄海桑田”的答案：他們通過對一系列古魚類化石開展深入研究，結果再次印證，早在4.38億年前的志留紀早期，以中國長江流域為主的華南板塊曾是一片廣闊的海洋，該遠古海洋被稱為“揚子海”。
中科院古脊椎所早期脊椎動物研究團隊的這項基于在全國范圍志留系淺海紅層中長達20年野外考察的重要科研成果，由中科院古脊椎所蓋志琨、趙文金研究員聯合指導該所碩士研究生山顯任等共同完成，并獲眾多科研同行幫助，近日以封面文章形式在地層學專業期刊《地層學雜志》上發表。
揚子海及古魚化石產地分布(山顯任/古地理圖，縱瑞文/湖北武漢生態復原圖，其他生態復原圖楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖論文通訊作者蓋志琨研究員說，近10多年來，他帶領野外團隊跑遍蘇、皖、浙、鄂、贛、湘、渝、黔、川、新、藏等省(直轄市、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、安徽寧國和巢湖、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大量的早期魚類化石材料，從而為這些地區志留系海相紅層的對比提供了重要的古魚類化石證據。
這些古魚類化石的最新研究再次證實，早在4.38億年前的志留紀早期，以中國長江流域為主的華南板塊曾是一片廣闊的海洋，被稱為“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，而今天遠在4000公里之外的塔里木盆地也不在現在的位置，而是與中國的華南板塊相連，因此兩地的古魚類面貌非常的相似。
湘西北溶溪組魚類化石代表(蓋志琨攝、楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖志留紀醒目海相紅層的對比之謎
論文第一作者山顯任介紹說，志留紀時期，中國華南板塊和塔里木板塊上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間夾黃、灰綠色為主的細碎屑巖。紅層沉積主要形成于近岸淺水地帶，古陸的存在是紅層形成最重要的古地理背景條件。河流攜帶的大量含赤鐵礦的細碎屑物堆積在近岸海底上，如果當時恰好處在海平面下降的海退階段，海水則會呈現強氧化狀態，在成巖過程中非常有利于赤鐵礦在沉積物中的保存，最終形成標志性的海相紅層。因其顏色醒目，很容易在野外進行鑒定和識別。
論文作者趙文金研究員指出，中國志留系海相紅層的發育與其所處的古地理位置密切相關。靠近古陸者，接受的物源較充足，紅層也較厚；而遠離古陸者，接受的物源較少，紅層相對較薄且側向連續性較差。因此紅層的分布一直是重建志留紀時期古海岸線的重要依據。迄今在中國整個志留紀時期內已識別出三套淺海紅層，其沉積時間分別約為距今4.38億年、4.35億年和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”。這些以碎屑巖為主的淺海紅層中大多缺失筆石、牙形類等志留紀標準化石，導致不同學者在一些地區紅層的劃分對比和時代問題上分歧很大，至今仍未達成共識。因此，亟待其他門類化石來確定紅層的時代歸屬和進行廣泛的區域地層對比。
浙西北唐家塢組魚類化石代表(蓋志琨攝、楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖盔甲魚是志留系海相紅層研究的后起之秀
盔甲魚類是中國志留紀淺水海相紅層中的“常客”，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，盔甲魚的古地理分布廣泛，遍布安徽、浙江、江西、武漢、湖南、重慶、云南、新疆等省區，為地層的橫向對比提供了條件。
據趙文金研究員介紹，近十余年來，隨著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彰顯，發揮出越來越重要的作用。目前，科研團隊已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化石組合——溫塘組合、茅山組合和揚子組合，分別產自志留系下紅層、上紅層和羅德洛統紅層之中，為這三套淺海紅層的劃分及橫向對比提供重要化石證據。
新疆塔塔埃爾塔格組魚類化石代表(蓋志琨攝、楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖其中，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。長期以來，由于該組合的古地理分布比較局限，因此難以被應用于大范圍的區域地層對比。近十余年來的野外工作給了科研團隊新的認識：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期早期具有更高的多樣性以及更廣泛的古地理分布，表明溫塘組合具有更大范圍內區域地層對比的潛力。
科研團隊還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，對下紅層中的溫塘組合進行了補充和修訂。修訂后的溫塘組合以盔甲魚類中的基干盔甲魚類(漢陽魚科、修水魚科、大庸魚科)、原始的真盔甲魚類(曙魚科)、原始的多鰓魚類(古木魚科)以及軟骨魚類中的中華棘魚類的共同出現為標志。溫塘組合中涵蓋的魚類分類單元更加豐富與多樣化，從之前的3科5屬擴展到6科14屬和若干未定屬，其古地理分布從湘西北地區擴展到黔東北、鄂東南、贛西北、浙西北、皖東南、皖東等地區。溫塘組合的進一步深化，既為中國長江流域志留系下紅層的對比提供了最直接的化石證據，也能在今后為解決志留系淺水海相紅層的時代問題上提供可靠的古魚化石實證。
皖東侯家塘組和墳頭組魚類化石代表(蓋志琨攝、楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖華南和塔里木板塊遠古或屬同一海域
蓋志琨表示，古生物化石證據在證明大陸漂移假說的過程中起過關鍵作用。盔甲魚類在證明板塊漂移學說中的作用同樣舉足輕重：從現有的化石記錄來看，4.38億年前的志留紀早期盔甲魚魚類化石總體上沿華夏古陸和滇黔古陸邊緣分布，進一步印證該時期中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，該魚群面貌涵蓋基干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4.38億年前淺海紅層之間的對比提供了直接證據，同時表明如今相隔4000公里的兩個板塊，在當時可能屬于同一片海域。
中國志留系特列奇階下紅層含魚化石的剖面。 山顯任 供圖蓋志琨指出，除了古魚類化石證據外，無脊椎動物化石的研究也表明，中國華南和塔里木兩個板塊在志留紀期間屬于同一動物地理區系；兩地在志留紀早期的沉積環境也基本一樣，沉積巖石類型均以在干旱環境下、在近岸淺海中形成的紅色碎屑巖系為代表；兩地在志留紀時的地層架構基本相同，即底層和蓋層的時代大致相同。同時，古地磁的研究認為，早在志留紀時期(4.43-4.19億年前)，塔里木板塊大約位于北緯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，被稱為塔里木—華南聯合板塊。
那么，塔里木盆地后來為何從赤道附近跑到4000公里之外的西部邊陲呢？中科院古脊椎所科研團隊稱，目前尚無統一看法，不同學者根據各自所掌握的材料證據曾分別給出不同的解釋。最新根據古生物化石材料的研究并結合古地磁學、地層學和古環境等方面的綜合分析得出的觀點是：
塔里木—華南聯合板塊是在志留紀晚期(4.23億-4.19億年前)開始分開成為各自獨立的板塊，其解體的主要原因可能是由于羌塘、昌都陸塊從南向北帶著巨大能量沖撞過來，從而把聯合板塊撞開。聯合板塊解體之后，塔里木板塊開始按著順時針的方向緩慢向西北方向漂移，大約在晚二疊世(2.52億年前)時才到達現在的位置，而華南板塊則向東平移滑動約800公里。“隨著印度板塊繼續向北俯沖，塔里木板塊是否還要向北漂移，尚待求證。”該科研團隊說。(完)
贛西北清水組魚類化石代表(蓋志琨攝、楊定華繪)。 中科院古脊椎所 供圖