河西地区早白垩世植物群演替及古环境变迁

The continental environment and vegetation underwent significant changes during the Early Cretaceous,while the study of how did the plants response to the environment change is still limited. The Hexi Region located in NW China, and the Lower Cretaceous is widely distributed, exposured and contains abundant plant fossils, expecially in the Jiuquan and Beishan basins, providing an ideal region for the studies of Early Cretaceous flora and environment changes. The project mainly focused on the morphological and micromorphological studies of the dominated fossil plants and charcole collected from the Lower Cretaceous of Jiuquan and Beishan basins。Based on the taxonomic, anatomic, organic geochemical and isotope geochemical studies of the fossil plants and charcole, the mainly palaeovegetation composition and the ancient vegetation landscapeis are recovered, and the palaeoclimate variation during the Early Cretaceous in the study area is revealed. Therefore, the relationship between the plant evolution and green-house climate variation can be discussed, providing scientific basis for studying the palaeoclimate and palaeoenvironment of the Cretaceous.

早白垩世是陆生植物演化及环境变化的关键转折时期，但关于该时期植物对气候环境变迁的响应研究并不完善。河西地区地处我国西北，其早白垩世地层以酒泉盆地及北山盆地最为发育，出露广泛且具有较好的连续性，富含植物化石，是研究我国西北地区早白垩世植物群演替及古环境变迁的理想场所。本项目以酒泉及北山盆地下白垩统连续沉积内保存的主要植物大化石及丝炭化石等为研究材料，在对其进行系统的形态学，解剖学，分类学，有机地球化学，同位素地球化学等方面的分析研究的基础上，查明河西地区早白垩世植物优势类群及其演化分布，同时对河西地区早白垩世期间的古气候环境及其变化进行定量性重建，探讨早白垩世温室气候波动下，植物演化与环境及气候变迁的响应关系，为白垩纪植物演化及环境变迁研究提供科学依据。

白垩纪温室气候显著，全球温度，二氧化碳浓度，海平面高度等都处于较高水平。期间，早白垩世气候环境波动不定，温度及大气CO2浓度都存在着明显的波动性变化。本项目以地处河西地区的两个典型白垩纪湖相沉积盆地酒泉及北山下白垩统内保存的植物大化石及炭屑化石为研究材料，通过形态学及解剖学方法获取植物化石上记录的古气候环境变迁信息。利用赤金堡组，下沟组及中沟组内保存的植物化石恢复了研究区早白垩世早期至晚期的古植被及古环境，从古植物组合及其变化上看，研究区早白垩世整体以松柏类植物占据优势，蕨类及银杏类植物次之，且蕨类及银杏类总体呈减少趋势，反映了研究区早白垩世早期至晚期气候存在干旱化趋势。利用掌鳞杉科植物气孔解剖数据，气孔参数及有机碳同位素定量重建酒泉盆地早白垩世晚期的古大气CO2浓度及变化趋势，结果表明，酒泉盆地早白垩世晚期大气CO2浓度为530-1250ppmv，光和气体交换模型重建的酒泉地区早白垩世晚期大气CO2浓度为500-750ppmv，碳同位素模型重建得到的酒泉地区早白垩世晚期大气CO2浓度最低，为150-370ppmv。三种方法重建结果均表明早白垩世晚期研究区古大气CO2浓度存在明显的波动性变化，不同程度上均表现出先降低后略微升高的趋势，这一趋势可能和白垩纪发生的一系列重要环境事件有紧密联系，其中古大气CO2浓度在早白垩世末期的略微上升可能与白垩纪中期温室效应加强事件有重要关系。此外，对酒泉盆地下白垩统连续沉积内的炭屑化石进行了研究，多层保存的炭屑化石表明酒泉盆地早白垩世中期至晚期火灾事件频发，且火灾事件发生的频度在中沟组沉积时期（早白垩世晚期）最为频繁，这一现象可能与研究区气候环境的干旱化有一定关系。同时频繁发生的火灾事件对气候环境及古大气CO2浓度造成了重大影响，研究区早白垩世气候环境及古大气CO2浓度的波动性变化为这一推测提供了理论证据。