- 阿里阿涅德
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Katsumi Takayasu
(Research Center for Coastal Lagoon Environments,Shimane University,Matsue 690,Japan)
Damayanti Gurung
(Graduate School of Science and Technology,Niigata University,Niigata 950-21,Japan)
Keiji Matsuoka
(Toyohashi Museum of Natural History,Toyohashi 441-31,Japan)
摘要 尼泊尔中中新统至上新统的朱里亚群(大部分相当于巴基斯坦的西瓦利克群)中的淡水软体动物化石之产出模式与地层记录,提供了关于与喜马拉雅隆起相关的古环境变化的很多信息。在朱里亚群的沉积序列中,淡水软体动物化石发现于10.50~3.5Ma范围内,而动物群最丰富是在7Ma处。在7Ma以前,动物群较单一,主要由典型的印度次大陆珠蚌类双壳动物构成。7Ma以后,由于补充了一些被认为是古北极的和东南亚分子的一些种类,而使动物群分异度增高。4Ma以后,分异度更是迅速增长。
另一方面,9~11Ma之间和7~8Ma之间达到顶峰的喜马拉雅隆起之第一阶段,对于季风条件的发展有过巨大的影响。淡水软体动物的第一次出现与由季风的季节性大雨所产生的蛇曲型河流系统之洪水沉积的发育相吻合。古北极型和东南亚型分子之进入与变得丰富,可以认为是哺乳类和鸟类带来的,它也是欧亚大陆明显的气候分带的产物。正如土壤碳酸盐的稳定同位素数据所显示的,洪水平原6~7Ma前由森林到草原的重大植被变化,提供了动物沿河流迁徙的有利条件。
关键词 淡水软体动物 朱里亚群 尼泊尔西瓦利克 中新世 上新世 喜马拉雅隆起 环境变化
1 引言
喜马拉雅隆起以及青藏高原隆起,影响到亚洲大陆的气候与陆上生物群的分布。通过对作为喜马拉雅山脉磨拉石建造的西瓦利克群的研究,为查明这一隆起过程从地质学、古生物学和生物学观点提供了很多信息。但是,古生物学研究工作有一个倾向,就是主要焦点放在与灵长类演化相关的脊椎动物化石上,而其他类群则被认为是只有较次要的贡献。
以往关于西瓦利克软体动物化石之著作很少,且大多数发表于1945年以前[2,11~16,24,25等]。在那以后,只发表了几种补充的、然而很有价值的报道[4,26]。最近,我们发表了关于产自尼泊尔西瓦利克群的双壳动物之描述文章[19],关于腹足动物的续篇拟在将来发表。
尽管有关化石的和现生的属种的工作太贫乏,一些种还是未定种,但我们在本文中仍将讨论西瓦利克群淡水软体动物的地质分布与喜马拉雅隆起的过程及相关现象之间的关系。
2 淡水软体动物的地层分布概要
研究区的地层系统是Tokuoka等人建立的[19~21]。根据他们的意见,朱里亚群(多半相当于巴基斯坦的西瓦利克群)自下而上划分为Arung Khola组、Binai Khola组、Chitwan组和Deorali组(图1)。前两个组根据岩性细分为下、中、上三个段。它们的年代由古地磁测量来确定。根据最近的地磁极性时间表[5],这个群的沉积开始于14Ma前,至少延续到1.3Ma前。
软体动物化石延续范围是以Arung Khola组上段到Binai Khola组中段。这个动物群的特征将在姊妹篇[7]中详细讨论。化石集中在4个层位,即Au化石层(约距今10.50Ma)),Bl化石层(距今约7.5Ma)、Bm-1化石层(距今约6.5Ma)和Bm-2化石层(距今约3.5Ma)。化石产地的数量往上增加,在最上部,即Bm-2化石层,化石产地的密集度最高。化石通常发现于向上变细的沉积序列之最上部的暗灰色粉砂岩中,并且多半是原地埋藏。
图1 索引图和地质概要
图2 软体动物化石的地层分布
我们从研究区域区分出包括未定种在内的腹足动物14种和双壳动物10种。下部化石层,即Au化石层与Bl化石层的动物群表现为较单一的组合,由Bellamya sp.A,Melanoides sp.,Brotia palaecostula,B.sp.,Lamellidens arungensis,Parreysia binaiensis和P.zigzagicostata组成。往上,种的分异度与化石产地数呈比例地增加,除了Parreysia的两个种和Bellamya的一个种外,几乎所有的种在Bm-2化石层中都很丰富(图2)。
动物群组分的主要变化,被确认为在大约距今7Ma,也就是Bl化石层(距今约6.5Ma)与Bm-1化石层(距今约7.5Ma)之间。虽然两个化石层在地层上彼此较靠近,但6.5Ma前占主要地位的双壳动物Parreysia的两个种却消失了,并为上面Bm-1化石层中的Indonaia和Physunio的种所取代。距今7.5Ma以后的丰富不仅体现在这些大个体软体动物上,也体现在诸如Pisidium sp.和Bithynia sp.这样一些小个体软体动物上。虽然后一种的口盖也曾发现于Au化石层,但它们的大量出现仍被确认为在Bm-2化石层(距今约3.5Ma)中。此外,像Angulyagra sp.Lynnaea sp.及Indoplanorbis sp.与Gyraulus sp.这样一些腹足动物化石也进入到那个时代的动物群成分里。
3 由沉积学及稳定同位素分析数据看环境的变化
根据大洋钻探计划(ODP)关于孟加拉湾海底沉积扇的报告,喜马拉雅的抬升开始于距今17.1Ma前,并且在距今10.9~7.5Ma达到第一个抬升阶段的极值[1]。对采自阿拉伯海深海岩心的微体古生物学研究也表明,喜马拉雅隆起引起的季风上升开始于距今10~9Ma之间[10]。
在朱里亚(西瓦利克)群当中,Arung Khola组里出现含有来自喜马拉雅片麻岩中之蓝晶石和石榴子石这类矿物的“椒盐砂岩”,这可能表明“高喜马拉雅”的抬升[20.23]。在同一时期在西瓦利克群沉积序列中,以蛇曲型河流的周期性洪水沉积为主[8]。从这些沉积学证据都可推断喜马拉雅山已升高到足以发育季风系统。在Binai Khola组沉积的时期(距今7~9.5Ma),由于沿主边界逆断层(MBT)抬升而使沉积中心由北向南迁移。因此,西瓦利克占优势的河流系统改变成为辫状河道[8]。Chitwan组(距今2.5~1.3Ma)主要由较粗的扇形体系沉积物组成,并盖有含化石层。在Deorali组沉积时期(距今1.3Ma以后),这个地区的朱里亚沉积盆地高度变形,并且为中央朱里亚逆断层(CCT,文献[20])所分割。这可与Amano和Taira的喜马拉雅第二隆升阶段相对比。
碳同位素数据揭示了全球环境变化所引起的植被变化。土壤碳和有机碳的δ13C成分表明,从较低值向较高值转化在巴基斯坦发生在7.7Ma前,而尼泊尔西部的Surai剖面则发生在7Ma前[17,18]。这个趋势在我们的研究区中也得到确认,只是时间上比西部地区稍稍晚一点(图3)。这个转化意味着C3植被为C4植被所取代。Quade等人[18]坚持认为植物群的变化可能是全大陆范围的,并且在上新世初期主要河流的所有洪泛平原都是季风草地占优势。
图3 Tinau Khola和其他地区土壤碳酸盐的δ13C组成
4 从淡水软体动物推测喜马拉雅隆起的历史
如上所述,喜马拉雅隆起及随之而来的环境变化从距今10Ma就发生了,而且大约在7Ma前伴随着季风条件及植被变化之开始。西瓦利克淡水软体动物的时空分布也可以在这一框架里得到很好的解释。
朱里亚群中淡水软体动物的第一次出现与喜马拉雅第一隆升阶段的极顶期相吻合,这可由沉积学资料推想出的蛇曲型河流系统的发育很好地体现。牛轭湖与河漫滩沼泽小湾为淡水软体动物提供了适宜的生境。像Lamellidens和Parreysia这样一些印度次大陆的分子侵入了这个生境。
大约7Ma前软体动物群的这一主要变化也与植被的变化和季风的发育相吻合。这个动物群变化的最可能原因是动物的迁徙。根据Damme的意见[6],像Bithynia和Pisidium这样的小个体软体动物可以被鸟和其他动物携带到没有水路连通的遥远地方去。他还指出,淡水肺螺类由于它们带粘性的卵团而更容易被动物所携带。
说到现代气候系统,季风条件的建立就意味着气候分带性,这一点与在欧亚大陆上空形成的现代分带性很相似。这使得陆地环境发生分异,因而迫使陆生动物迁徙或扩散到适宜的地方去。以“Hippalions.l.”间隔带[3]的开始出现为标志的巴基斯坦主要动物群更替发生在现代地磁时间表上大约距今10.50Ma[5],这就能推测来自中亚和欧洲的新动物群经常迁入。在以Selenopoltaxydekkeri的出现(约距今8Ma)为标志的下一间隔带之后,包括半水生哺乳动物在内的许多属种都从非洲发源地迁来[3]。这一迁徙似乎与洪泛平原上植被由森林变成草地高度相关。
在尼泊尔,我们只有很少关于哺乳动物群的信息。热带常绿森林一直保持到距今9.5Ma前,以后就是半落叶的及干燥落叶的森林占优势[9,18]。继而,正如上面所指出的,大约距今7Ma时,草地在洪泛平原上扩展。与这些植被变化相对应,哺乳动物的迁徙应当发生在朱里亚群沉积的时期。特别是距今7Ma以后,很多类哺乳动物可能沿河流迁徙到了开阔的野地。
除了作为扩散营力的陆生动物的作用之外,迁飞的鸟类在这个意义上也是重要的。鸟类化石的证据还从未在朱里亚群中发现过,关于迁徙证据的任何希望都很小。但是,气候分带性和季节性季风的形成,足够引起鸟类的季节性迁徙,其结果就导致像Pisidium,Bithynia等古北极区或全北极区的属的侵入。
5 结论
在本文中,我们试图阐明朱里亚群中淡水软体动物化石存在模式反映出喜马拉雅隆起的历史及与之相关的环境变化。
约距今10.5Ma软体动物化石的第一次出现与南亚季风条件的开始相吻合,这季风条件可能是由喜马拉雅隆起的第一阶段引起的。由季节性大雨产生的洪水可以改变蛇曲型河的河道,并形成像牛轭湖、池塘、小河湾那样的适合于软体动物的环境。距今7Ma以后的动物群的大量出现也可能与气候分带性引起的动物迁徙有关。明显的气候分带性也可以看作是由于喜马拉雅隆起而出现的。
根据沉积学研究结果,砂质河床的辫状河流在距今7Ma以后成为主要,并且在大约距今3Ma时变成扇状的卵石床河流。对于大多数淡水软体动物来说,辫状河流由于它们不稳定的条件而不太适宜。但是,在Bm-2化石层(距今3.5Ma)中化石产地发现又最频繁。至于为什么这一层有那么多化石产地,我们还没有明确的答复,需要从沉积学和生态学的观点来作更详尽的考察。
淡水软体动物扩散的过程也应当充分地考察。虽然在距今7Ma以后动物群的丰富可以用具有积极扩散能力的小个体软体动物的迁入来解释,但大个体双壳动物珠蚌科的扩散却是依靠鱼类的携运,因为它们在幼虫阶段是寄生在鱼体内的。所以,为了要想了解淡水软体动物居群相继的动物群变化,最重要的就在于考察水路连通关系和鱼类分布模式。
正如上述,虽然很多问题依然存在,然而,淡水软体动物由于它们狭窄的生境和扩散的模式,因而仍可用作占据优势环境的指示物。
(潘云唐 译,项礼文 校)
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