泥盆紀中晚期發育了顯生宙最大的層孔蟲-珊瑚礁生態系統,其覆蓋面積約是當今生物礁的十倍。伴隨晚泥盆世弗拉期與法門期之交(F-F)的Kellwasser和法門末期的Hangenberg生物滅絕事件,層孔蟲-珊瑚礁生態系統分別崩潰、消失。密西西比亞紀長期被認為是以微生物礁為主,缺乏後生動物礁發育。目前,關於密西西比亞紀生物礁的復甦演化過程、不同板塊生物礁演化過程的對比、後生動物礁的最早復甦時間等內容得到科學家的關注。
中國科學院南京地質古生物研究所晚古生代研究團隊副研究員要樂,與法國土魯斯第三大學副教授Markus Aretz合作,圍繞晚泥盆世生物大滅絕與生物礁生態系統演變開展了詳細研究,在密西西比亞紀生物礁組成、復甦演化過程等研究方面取得系列成果。相關研究成果分別發表在Earth-Science Reviews、Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology和Geological Journal上。
基於全球晚泥盆世-密西西比亞紀生物礁的系統總結與研究,研究揭示了泥盆紀末期後生動物礁消失後,密西西比亞紀後生動物礁復甦經歷三個階段:杜內期的後生動物礁缺失階段;維憲早期至早維憲晚期的後生動物礁重建階段;中維憲晚期的珊瑚礁生態系統繁盛階段(Yao et al., 2020a)。
同時,為了揭示中國密西西比亞紀生物礁的復甦演化過程與全球是否具有一致性,要樂與國內外合作者詳細研究了甘肅平川大水溝剖面前黑山組疊層石和廣西田林甘垌子剖面都安組後生動物-微生物礁。
甘肅平川大水溝疊層石,出露厚度約22.5米,橫向分布至少200米。通過菊石、介形蟲、孢粉等化石可確定疊層石的時代為杜內早期(相當於國際牙形石帶Siphonodella sulcata下部)。疊層石發育紋層狀,波狀和穹隆狀等不同形態。利用微相技術方法顯示疊層石主要由泥晶、泥粒、核形石、粉砂和亮晶方解石組成,含有少量粗砂和生物碎屑;發育三種紋層類型:泥晶紋層、顆粒為主的混合紋層和泥晶為主的混合紋層,以及兩種紋層堆積形式:重複紋層堆積和交替紋層堆積。疊層石中以顆粒為主和泥晶為主紋層的出現,指示其可能由微生物的粘結、捕獲和鈣化作用共同形成。由沉積巖相、微相和疊層石形態變化可知,疊層石形成於相對海平面升高階段,且由於相對海平面的急劇降低和陸源碎屑輸入的增強導致其消失(Yao et al., 2020b)。廣西田林甘垌子發育了豐富的後生動物-微生物礁,大小為幾米到幾十米,具有明顯的正向隆起。通過有孔蟲化石確定礁體時代為維憲晚期(相當於西歐地區有孔蟲帶MFZ14-15)。結合野外觀察和室內薄片中生物和沉積組分的定量統計,可識別出四種礁體類型:珊瑚礁、珊瑚-微生物-疑問微體化石-苔蘚蟲礁、珊瑚-微生物-苔蘚蟲礁和微生物-苔蘚蟲-珊瑚礁。礁體的造礁生物主要包括叢狀復體珊瑚(Diphyphyllum, Siphonodendron)、橫板珊瑚(Multithecopora, Syringopora)、泡孔苔蘚蟲(Fistulipora)和微生物(如Garwoodia, Renalcis)。經過巖相和微相研究顯示,礁體中發育豐富的骨架巖和粘結巖,可與礁翼和礁間的堆積灰巖、顆粒灰巖、泥粒灰巖等區分。礁體及其上下地層中生物和沉積組分的變化指示其形成於相對海平面升高時期,也表明礁體的發育與相對海平面變化密切相關。甘垌子礁體的造礁生物和沉積組成與全球其它板塊同時期礁體具有相似的組成,尤其是珊瑚礁的廣泛發育(Yao and Aretz, 2020)。
甘肅平川杜內早期疊層石和廣西田林維憲晚期珊瑚礁的出現,分別對應了杜內期的後生動物礁缺失階段和中維憲晚期的珊瑚礁生態系統繁盛階段,進而反映出晚泥盆世生物大滅絕後,中國的生物礁復甦演化過程與全球具有一致性。
南京古生物所晚古團隊研究員陳吉濤、祁玉平,英國利茲大學教授Paul B. Wignall,以及南京大學教授王向東、沈樹忠等參與了上述研究工作。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項(B類)、江蘇省自然科學基金和現代古生物學和地層學國家重點實驗室的資助。