《Review of Palaeobotany and Palynology》:Late Aptian spore-producing plant records in the South Atlantic: Distribution, botanical affinities, ecological and climatic implications
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晚阿普蒂阶巴西沉积盆地孢子植物分析揭示18个植物家族,其中蜻蜓蕨(Anemiaceae)占比超40%,生态稳定性强。相关性矩阵显示蕨类与石松类呈正相关,与旱生植物负相关,指向湿润环境。气候阶段划分显示三个交替干旱-湿润期,ITCZ与南大西洋开张影响区域湿度。研究证实孢子植物对过渡气候的适应能力。
马塞洛·德·A·卡瓦略(Marcelo de A. Carvalho)|米歇尔·C·S·贾内里尼(Michelle C.S. Giannerini)|加布里埃尔·C·科雷亚(Gabriel C. Correia)|塞西莉亚·C·拉纳(Cecília C. Lana)|娜塔莉亚·德·P·萨(Natália de P. Sá)|古斯塔沃·圣地亚哥(Gustavo Santiago)|维维安·S·F·特林达德(Viviane S.F. Trindade)|玛丽亚·埃杜阿达·C·科埃略(Maria Eduarda C. Coelho)
植物古生态学实验室(LAPAV),里约热内卢联邦大学国家博物馆地质与古生物学系,巴西里约热内卢
摘要
晚阿普特期(late Aptian)期间,南大西洋边缘产生的孢子植物为重建南大西洋开始阶段的古地理、生态和气候条件提供了可靠的依据。研究人员分析了来自八个巴西沉积盆地的567个样本(布拉干萨-维塞乌盆地(Bragan?a-Viseu)、圣路易斯盆地(S?o Luís)、帕尔纳伊巴盆地(Parnaíba)、塞阿拉盆地(Ceará)、波蒂瓜尔盆地(Potiguar)、塞尔希培盆地(Sergipe)、阿拉里佩盆地(Araripe)和埃斯皮里图桑托盆地(Espírito Santo)),以研究这些地区的孢子植物种类。共鉴定出18个孢子植物科,包括苔藓植物(如肝wort、Anthocerotaceae)、石松植物(如Lycopodiaceae、Selaginellaceae)和蕨类植物(如Anemiaceae、Cyatheaceae、Dicksoniaceae、Marsileaceae、Schizaeaceae)。定量分析显示,Anemiaceae是数量最多、地理分布最广的科,占所有孢子植物的40%以上。其显著的优势地位以及较高的一致性指数(Consistency Index, CI)表明该科具有很强的生态耐受性和在气候变化中的稳定性。皮尔逊相关矩阵(Pearson correlation matrix)显示,主要蕨类和石松植物科之间存在正相关关系,而与旱生植物类群则呈负相关,这进一步证实了它们与湿润或半湿润古环境的关联。孢子植物与旱生植物比例(SPP/X)的变化反映了三个主要的古气候阶段:前蒸发期、蒸发期和后蒸发期,每个阶段都伴随着交替的干旱和湿润期。结合以往的研究结果,可以认为热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)和南大西洋早期的海洋构造对区域湿度起到了关键调节作用。观察到的植物组成表明,特别是在晚阿普特期的过渡性气候条件下,孢子植物,尤其是Anemiaceae,展现了强大的适应能力和恢复力。
引言
孢子的产生是最早陆地植物通过孢子形成过程所发展出的特性。这些可追溯至中奥陶纪沉积物的化石孢子,是陆地上植物存在的最初证据(Brown和Lemmon,2011年)。孢子植物,尤其是蕨类植物,在白垩纪经历了显著的多样化,这一时期对植物进化至关重要(例如被子植物的辐射演化)。这种多样化对于现代蕨类植物的出现起到了关键作用(Schneider等人,2004年;Watkins Jr.和Cardelús,2012年)。
在晚阿普特期的南大西洋地区,孢子植物(包括苔藓植物、蕨类和石松植物)非常丰富(例如Carvalho等人,2022年;Giannerini等人,2023年)。了解这些植物科在遥远地质时期的多样化过程,对于理解古植物学以及数百万年来塑造地球的环境变化具有重要意义。阿普特期是白垩纪的关键阶段,期间南大西洋各个盆地中的孢子植物科经历了多样化(Regali,1989年;Lima和Boltenhagen,1981年;Carvalho等人,2022年)。通过研究这些植物科在这些巴西沉积盆地中的分布、丰度和多样性(图1),我们可以了解南大西洋地区的古气候条件、生态环境和古地理分布。本文旨在分析不同南大西洋盆地晚阿普特期孢子植物的孢粉学数据,探讨植物组成的变化及其潜在的环境影响因素。
地质背景
本研究涵盖了巴西的八个沉积盆地:布拉干萨-维塞乌盆地(Bragan?a-Viseu)、圣路易斯盆地(S?o Luis)、帕尔纳伊巴盆地(Parnaíba)、塞阿拉盆地(Ceará)、波蒂瓜尔盆地(Potiguar)、塞尔希培盆地(Sergipe)、阿拉里佩盆地(Araripe)和埃斯皮里图桑托盆地(Espírito Santo)(图1)。这些盆地根据其构造发育特征被分为四类:古生代聚合盆地(帕尔纳伊巴盆地)、中新生代伸展边缘盆地(阿拉里佩盆地、塞尔希培盆地和埃斯皮里图桑托盆地)、中新生代转换边缘盆地(塞阿拉盆地和波蒂瓜尔盆地)以及中生代未完成的裂谷盆地(布拉干萨-维塞乌盆地和圣路易斯盆地)。
研究内容
本研究使用的材料来自八个巴西沉积盆地。共有592个岩芯样本,包括19个钻孔(图1b),其中16个由巴西石油公司Petrobras钻探,1个由巴西地质调查局(Rios-Netto,2011年)钻探,1个由ALAGOAS项目钻探(Bobco等人,2023年),还有1个露头由Arai和Assine(2020年)描述。
样本制备
在592个样本中,472个样本在Petrobras的研究与发展中心(CENPES)进行了处理;PS-11井(Rios-Netto,2011年)和CO-2井(Correia,2023年)的82个样本在里约热内卢联邦大学地质系的孢粉相和有机相实验室进行了处理;Sobradinho露头的38个样本在圣保罗州立大学IGCE - Rio Claro校区(UNESPetro - 地球科学中心)的实验室进行了处理。
总体概述
我们识别出了一个多样的植物群落,包含139个孢子和花粉粒的属/形态类型,涵盖了所有主要的植物类群:苔藓植物(5个属)、石松植物(18个属)、蕨类植物(58个属)、裸子植物(28个属)和被子植物(30个属)。裸子植物的花粉粒最为丰富,主要来自Classopollis属(所有研究段中数量最多的属)和Araucariacites属。
在孢子植物中,
古地理
晚阿普特期南大西洋边缘孢子植物的地理分布显示出明显的空间趋势,这种趋势贯穿了冈瓦纳大陆(Gondwana)的两侧。这些植物群落以蕨类和石松植物为主,其中Anemiaceae和Cyatheaceae–Dicksoniaceae在几乎所有分析的盆地中都有出现。由于Anemiaceae是数量最多、地理分布最广的科,占所有孢子总数的40%以上,因此在
结论
对八个巴西沉积盆地中的孢子植物群落的定量和比较分析为我们提供了关于其分类组成、古地理分布、生态关系和气候意义的新见解。结果表明,蕨类植物是孢子植物中的主导群体,其中Anemiaceae是数量最多、地理分布最广的科,在不同气候条件下表现出较强的生态稳定性。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。本研究是在国家和机构科学资助项目的支持下进行的,没有任何商业或财务利益涉及其中,因此不存在潜在的利益冲突。
致谢
我们感谢CENPES/Petrobras提供了研究这些井数据的机会。同时感谢里约热内卢联邦大学的A.M. Rios-Netto和圣保罗州立大学(UNESP)的M. Arai分别提供了PS-11和Sobradinho井数据的研究机会。我们还要感谢编辑José Carrión博士以及两位匿名审稿人的建设性评论和建议,这些评论和建议极大地提升了论文的质量。M.A. Carvalho感谢