内蒙古乌达的火山凝灰岩所含成煤植物群落,出露在正在开采的煤区,具有非常难得的较大范围的揭露岩层,因此进行大面积森林植被的复原成为可能。
此外由于晚古生代特定的海陆分布地理格架和显著的植物地理分区,该地的植被代表了生长在古特提斯海域的岛屿——华北板块上的华夏植物群,因而与反映古特提斯海西侧Pangea大陆上植被面貌的捷克和德国等欧洲国家的产地具有十分不同的气候和环境条件。
图3-1 晚古生代海陆分布地理格架和植物地理区系轮廓 (左图据Scotese, 1997; 右图据Zieler et al., 1997略修改)。
从植物地理区系来看,晚古生代地球植被可分为安加拉(Angaran Realm)、华夏 (Cathaysian Realm)、欧美(Euramerican Realm)和冈瓦纳(Gondwanan Realm)等四大植物地理区。安加拉区和冈瓦纳区分别位于北温带和南温带;华夏和欧美区位于热带、亚热带。内蒙古“植物庞贝城”(旗帜所在处)位于古特提斯海东侧大的岛屿——华北板块的西北一角,属于华夏植物地理区华北亚区。
科研人员经过十余年的研究发现,乌达成煤沼泽森林的保存成因及复原,与著名的意大利“庞贝城之谜”非常相似。乌达成煤沼泽森林复原景观的基本学术思想和古罗马庞贝城的复原是一致的,其成果最直接的是揭露了距今约2.8—3.0亿年前的赤道岛屿上的成煤沼泽森林的真实面貌。
植物群原位埋藏的条件是森林被火山喷发所产生的火山灰直接埋藏,而植物在被保存过程中未受过任何外力的侵袭或搬运。乌达成煤沼泽森林满足了罕见的原位埋藏的条件,从而为鉴定森林的植被内容、树木的密度分布、森林的分层结构等提供了有利条件,使研究人员首次完成了准确的森林植被实际复原。
值得一提的是,“植物庞贝城”的研究成果一经发表,立即引起国内外媒体和公众的密切关注。中央电视台、江苏电视台、宁夏电视台、《中国科学报》、英国《Nature》杂志、英国BBC News、美国《Science》杂志、《Discovery》杂志、新浪、搜狐、腾讯、《扬子晚报》、《辽沈晚报》等各大媒体都对该项研究成果进行了深入采访和报道,极大地加深了公众对于古植物学的认识和了解,具有重要的社会意义。
从发展趋势来看,结合埋藏学研究,建立不同环境下的植物化石序列是实现陆相地层精确对比的必经之路。研究原位—亚原位埋藏群落序列的复原,将可用来衡量具体的成煤植物序列与传统组合序列间的吻合和对比问题,对于植物生物地层划分具有宝贵的借鉴价值。
“植物庞贝城”的研究对探讨植被对气候的影响机制具有潜在的重要价值。石炭—二叠纪发生了两次冰期—间冰期的转化(Gastaldo et al., 1996)。两次冰期的高峰时期,冰川强弱变化对地球的影响主要体现在植被空间布局的变化,以及赤道地带气候的微弱调节。维斯发期(Westphalian)和萨克马尔期(Sakmarian)结束时发生的冰川快速融化事件导致了植物群的显著变化,包括绝灭事件,赤道及温带区的植被空间布局的变化,甚至几乎同时发生了全球规模的植被结构变化。
内蒙古乌达原位—亚原位埋藏植物群落前三个群落反映了严格生长在同一处的陆地植被在较短时间内的更替,反映赤道岛屿上在早二叠世冰盖增生过程中的华夏植物区植被面貌及演替状况,是恢复古赤道地带陆地植被及探讨其对气候响应不可多得的基础资料,结合剖面其它层位的植物群落演替状况,对探讨植被在晚古生代冰期气候背景下的适应机制(Wang, 2010)具有重要意义。
根据埋藏学和沉积学的研究,内蒙古乌达原位—亚原位埋藏植物群落所代表的绝对地质时间是比较有限的,数千年到数万年就可能发生所述群落的更替过程。生长在同一地点的植物在上述时间范围内发生更迭的动力机制,以及与周围大环境(整个华北板块岛屿)的相关关系都具有重要的生态学意义。
如上所述,火山凝灰岩下层植物群2代表了火山喷发时生长在该成煤沼泽的植被,火山凝灰岩上层植物群3为火山活动毁灭前期,成煤沼泽植物群后恢复的新植被(Pfefferkorn and Wang, 2009)。
这一植被恢复过程的细节、火山灰土壤化、新的植被类型的入侵并占领生态域、何种植物成功占据新的生态域及原因、其中的必然性和偶然性、生态环境恢复到能够供植被生长的时间跨度、大环境与气候背景的影响因素等一系列问题都有待于进一步深入研究。