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诸城恐龙足迹化石道出的信息

2021-06-17孙佳凤

生物进化 2021年1期
关键词:诸城白垩足迹

孙佳凤

诸城位于胶莱盆地东部,因发现大规模恐龙骨骼化石而闻名于世。除骨骼化石外,在诸城北部张祝河湾、棠棣戈庄地区的大盛群和南部皇龙沟地区的莱阳群中均发现了恐龙足迹化石,其中以皇龙沟地区规模最大且最为著名。目前,已探明面积约5000m2,发现了不同类型的兽脚类、蜥脚类恐龙足迹11000多个,被专家认定为世所罕见的地质奇观。

诸城的3处恐龙足迹化石点

皇龙沟恐龙足迹化石点是目前已发现的、规模较大的恐龙足迹动物群之一。该化石点位于诸城南部皇华镇大山社区一个叫皇龙沟的冲沟内,距诸城城区20公里。恐龙足迹密集区位于一处50度陡坡上,整个斜坡由坚硬的岩层构成。在近5000m2的范围内,11000多个形态各异、大小不一、深浅不同的各种恐龙足迹密密麻麻排列在一层黄绿色细砂岩的层面上,并与泥裂、波痕相伴生。足迹保存非常完好,每个恐龙化石的脚趾、脚板、脚跟清晰明了,如同人踩在柔软的泥土上留下的脚印一样自然、逼真。恐龙足迹的种类有大型兽脚类、次大型兽脚类、小型兽脚类(似跷脚龙)、蜥脚类及龟鳖类游泳的痕迹,其中以小型兽脚类为主。产出化石的层位属于下白垩统下部的莱阳群,时间为早白垩世中期。这是目前山东地区已发现的白垩系最低层位的恐龙足迹。

皇龙沟恐龙足迹群的大型兽脚类足迹

皇龙沟足迹群

皇龙沟恐龙足迹群局部展示大量方向一致的小型兽脚类脚印

皇龙沟足迹群上面的波痕

棠棣戈庄和张祝河湾恐龙足迹化石点皆位于诸城市北部,两地距离1公里,层位都属于下白垩统上部的大盛群,时间为早白垩世晚期,距今约1亿年。棠棣戈庄恐龙足迹点规模相对较小,具有重要科学意义的是在同一个岩层上,发现了28个蜥脚类恐龙足迹组成的恐龙拐弯足迹,后足平均长度约为30厘米,整道行迹呈半圆形分布,恰好保存了恐龙转向的全过程,是目前世界上首次发现的恐龙180度转向的行迹。足迹集中在倾角约为45°的同一层面上,赋存于紫红色细砂岩中,与泥裂、交错层理、雨痕伴生。

张祝河湾恐龙足迹化石点位于石桥子镇张祝河湾村东河东岸,由4个蜥脚类与1个古鸟类足迹组成。其中,以古鸟类足迹尤为珍贵,足迹集中分布在接近水平的同一层面上。

恐龙足迹是怎样形成的

恐龙足迹化石是遗迹化石的一种。遗迹化石主要是动物在生命活动中遗留下来的痕迹或遗物,前者如爬迹、足迹等,后者如粪便、蛋等。恐龙足迹化石是中生代统治陆地生态系统1.6亿年的恐龙,在生活时留在沉积物上的足迹印痕经漫长的地质历史变迁逐渐石化形成的。尽管不同种类化石的形成机理是相似的,甚至是相同的,但足迹化石的形成要比实体化石如骨骼化石的形成难很多。由于受地面湿度、坡度、含碎屑物溶液的黏度以及颗粒度大小的制约和影响,只有在这些条件都比较合适的情况下,恐龙在湖滨、海滨或河地上行走后留下的足迹才有可能以化石的形式保留下来。如果是在特别稀湿的泥地上,在恐龙的脚离开地面的瞬间,周围的稀泥就会自动回填到足迹坑中,足迹就会荡然无存,更不可能有机会形成化石,保留下来。

恐龙足迹形成以后,如果马上下雨或者被水淹没,尚未干燥的足迹很快就会在水中消失。因此,足迹在潮湿的地面上形成后还需要一定时间的干燥,待保存足迹的地表干燥硬化后,再被后来的沉积物掩埋,之后随着地壳下降,沉积的泥沙经过成岩作用变成岩石,这些足迹也就在岩石层面上保存成化石了。含有足迹化石的地层必须上升,否则它们将被永远埋在地下不为人所知。保存有足迹化石的岩层在硬度上与上覆岩层有差别,经过差异风化,足迹化石就有可能暴露出来。最后,暴露出来的足迹化石还被人们发现,在许多交通十分不便的地区,人迹罕至,恐龙足迹就是暴露出来也不会被发现。由此可见,能够被今天的人们发现的恐龙足迹是多么的珍贵。

足迹化石保存了恐龙在日常生活中的精彩一瞬,提供了有关恐龙的类型、大小、数量、相对丰度、行走方向和速度及生活环境等方面的信息。另外,恐龙足迹也可提供恐龙足部形态和脚趾数目等信息。在某些情况下,恐龙脚印还保存有皮肤印痕,为研究恐龙皮肤结构和恐龙复原提供了珍贵信息。

诸城恐龙足迹化石的重要科学意义

大约1.85亿至1亿年前的晚中生代时期,盘古大陆开始了第二个阶段的分裂,全球地理格局发生了重大变化。白垩纪时期,以恐龙为代表的脊椎动物群逐渐走向鼎盛阶段,尤其是早白垩世,被认为是现生动物群起源和辐射的重要时期。但是该时期动植物的发现都是以骨骼化石为依据,而相应的足迹化石却较为少见。相比之下,中国东部地区,比如即墨、诸城地区的莱阳群和莒南、东海地区的大盛群中早白垩世恐龙骨骼化石很少,却保存了大量的恐龙足迹,为研究中国东部地区早白垩世恐龙动物群的生存演化、古生态和古环境提供了条件和重要新材料。

山东诸城作为我国白垩系发育最为齐全的地区之一,保存有大量恐龙骨骼和恐龙蛋化石,其时代多集中在晚白垩世,而早白垩世恐龙足迹的发现则弥补了骨骼化石缺乏所带来的不足。诸城恐龙足迹化石点以皇龙沟地区规模最大,对这些足迹化石的研究,获得了大量恐龙形态学和运动学方面的信息,对恢复胶莱盆地早白垩世早期恐龙动物群古地理、古环境和古生态具有重要科学意义。

在古环境方面:诸城3处化石点的足迹赋存于细砂岩中,与水平层理、雨痕、泥裂相伴生,显示3处地点的恐龙都是行走在湖岸滩地时留下了足迹。大量恐龙足迹和鸟类足迹的出现,证明了这3处地点在早白垩世时期曾经有水体存在,恐龙和鸟类把这里的湖泊当做水源,定期前来饮水。皇龙沟地层中的泥裂(在干旱季节,浅水区往往首先干涸,水底沉积物暴露出来形成泥裂)主要集中在北部,波痕主要发育在南部和西南部,表明湖盆深水区应该位于南部和西南部,而北部和东北部为湖岸。棠棣戈庄和张祝河湾恐龙足迹化石点因化石数量少,规模小,很难揭示古环境其他方面的信息。

在古气候方面:皇龙沟恐龙足迹化石群赋存于早白垩世早期莱阳群龙旺庄组砂岩中。大比例尺实测剖面和沉积相分析显示,从水南组到龙旺庄组,由浅湖相逐渐演变为滨湖相,水体逐渐变浅,气候干旱。前人的研究显示,蜥脚类足迹的出现代表干旱环境。而且恐龙足迹专家认为,要形成高质量的恐龙足迹,需要恐龙踩过了湖滨滩地之后,滩地慢慢变干燥,足迹长时期暴露在空气中,变得十分坚硬。在足迹硬化过程中没有降水,使足迹得以充分固结。后来的洪水携带泥沙把已经坚硬的足迹掩盖了起来,使其得以保存成化石。皇龙沟地区发现大量精美的足迹化石,说明在足迹形成的时候,也就是恐龙在皇龙沟地区活动的时候,皇龙沟属于干旱气候。

棠棣戈庄恐龙足迹

在恐龙生活习性方面:诸城3处恐龙足迹化石点大量化石的发现,说明早白垩世时期诸城地区水系发育,植被繁茂,具有适宜恐龙生存的环境,发育着一个以恐龙为主的大型陆生动物群。皇龙沟整个足迹层面上,以似跷脚龙为主,且主要分布在足迹层面中下部(北部),其中很多行迹的行进方向一致,显示似跷脚龙营群居生活。上部仅发现少数大型兽脚类足迹,且行迹数量少,分布散乱显示其单独行动,而大型蜥脚类足迹则延伸到足迹层面最上部(南部)。此外,兽脚类中的似跷脚龙足迹和东方百合肥壮足迹也存在明显的分区性。似跷脚龙足迹主要分布于足迹层面的中下部,而强壮百合足迹则分布于足迹层面的下部,表明深水区常见大型蜥脚类和大型兽脚类活动。似跷脚龙和东方百合肥壮类恐龙生活习性上也存在一定差异,即东方百合肥壮类恐龙更适应于生活在水体更浅的岸边,而小型兽脚类恐龙能够在一定深度水体中活动。此外,在四川天全地区晚三叠世地层、内蒙古查布地区下白垩统、山东岭泉后左山公园发现的蜥脚类恐龙足迹化石也都保存在滨浅湖沉积相中,说明蜥脚类恐龙会聚集于水源富足的地区活动。

在恐龙的行为方面:通过对恐龙足迹单步、复步的测量,棠棣戈庄发现的足迹属于一类身长3—4米的中小型、较为原始的蜥脚类足迹,被归入副雷龙足迹(Parabrontopodus),当时处于慢速行走状态。同时揭示了蜥脚类四足着地的前进方式与现生长颈鹿的相同,它们的前足与后足并非交替着陆与离地,而是同一侧的前足与后足同时行动。也就是说,交替的是它们的左右足,而不是前后足。皇龙沟地区的小型兽脚类大部分处于高速奔跑状态,似跷脚龙的速度为22.8 km/h,东方百合肥壮龙速度为25 km/h,而蜥脚类则处于慢速行走状态,速度为1.4 km/h。兽脚类大部分处于高速奔跑状态,而蜥脚类和鸟脚类则处于慢速行走状态,且相对于行走状态的兽脚类要慢得多,表明兽脚类行进速度一般较蜥脚类和鸟脚类快。同时推测兽脚类沿着湖岸快速向东迁移,可能是在追踪迁徙中的蜥脚类或鸟脚类。

恐龙足迹化石既是大自然留给人类的录像,也是人类认识恐龙及其环境的信息群。我们一方面要加强对恐龙足迹知识的普及,让更多的人了解和认识恐龙;一方面要投入更多的人力、财力,提高恐龙足迹学的研究水平,让恐龙足迹道出更多的恐龙新信息。

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