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Mid-Cretaceous Hothouse Climate and the Expansion of Early Angiosperms

Acta Geologica Sinica(English Edition) 2018年第5期92卷 2004-2025页

作者： ZHANG Mingzhen DAI Shuang DU Baoxia JI Liming HU Shusheng Key Laboratory of Petroleum Resources Gansu Province/ Key Laboratory of Petroleum Resources Research Northwest Institute of Eco-Environment and Resources Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Mineral Resources in Western China (Gansu Province) and School of Earth Science Lanzhou University division of paleobotany Peabody Museum of Natural History Yale University

The remarkable transition of early angiosperms from a small to a dominant group characterized the terrestrial ecosystem of the Cretaceous. This transition was instigated and promoted by environmental changes. Mid-Cretaceous is characterized by major geological events that affected the global environment. δ^18O, palaeothermometer TEX86, and other climatic indices from marine sediments suggest rapid temperature increase during mid-Cretaceous despite occasional short cooling events. Simultaneously, terrestrial deposits in East Asia changed from coal-bearing to shale, then to red beds and evaporites. Plant assemblages and other paleoclimate indicators point to rapid aridification for midCretaceous terrestrial environments. In addition, the wildfires were frequently spread all over the earth by the numerous charcoal evidence during the Mid-Cretaceous. Thus, we speculate that the seasonally dry and hot conditions of mid-Cretaceous created a fiery hothouse world. Early angiosperms increased in abundance and diversity and evolved from a few aquatic species to terrestrial herbaceous and then to the diversified flora of today. Angiosperms showed rapid physiological evolution in vein density and leaf area that improved photosynthesis and water absorption. These ecophysiological changes made early angiosperms well adapted to the hot and dry environment in mid-Cretaceous. Moreover, these physiological changes facilitated the fire–angiosperm cycles in mid-Cretaceous that likely further stimulated the early angiosperm evolution.

关键词： Mid-Cretaceous hothouse wildfire early angiosperm diversification

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白垩纪中期典型温室气候与早期被子植物辐射演化的潜在联系

白垩纪中期典型温室气候与早期被子植物辐射演化的潜在联系

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中国古生物学会第十二次全国会员代表大会暨第29届学术年会

作者：张明震戴霜吉利明杜宝霞 Shusheng Hu 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州油气资源研究中心兰州大学资源环境学院兰州大学地质科学与矿产资源学院 division of paleobotany Peabody Museum of Natural HistoryYale University

早期被子植物的出现并占领植物界是白垩纪陆地生态系统演变的一个显著过程。这一植被组成的重大变革可能极大程度上依赖于环境状态的改变。其中,白垩纪中期(125–90 Ma,Aptian至早Turonian)构造活动最为频繁,环境状态最为特殊。诸多海... 详细信息

早期被子植物的出现并占领植物界是白垩纪陆地生态系统演变的一个显著过程。这一植被组成的重大变革可能极大程度上依赖于环境状态的改变。其中,白垩纪中期(125–90 Ma,Aptian至早Turonian)构造活动最为频繁,环境状态最为特殊。诸多海洋沉积物的环境替代指标如δO18、TEX86等均表明在该期间全球温度迅速上升,温室气候典型,但期间并穿插多次短暂变冷事件。相对来说,同期陆地环境研究相对滞后,在本研究中发现东亚大陆内部发育的众多湖相沉积中,存在一个由早白垩世早中期油页岩、含煤沉积向白垩纪中期红层、含膏岩沉积等转变的显著规律。同时,在植被组成上,耐干旱环境的掌鳞杉科及其花粉Classopollis组成在白垩纪中期沉积中显著升高,在植物叶片结构上发现叶片角质层显著变厚、气孔器乳突明显等特征。这些证据均表明该期间在陆地环境存在一个显著边干的变化趋势。此外,在白垩纪中期沉积地层中还存在丰富的碳屑,这些被认为是火灾遗迹的最佳证据。因此根据现代全球森林野火发生资料统计研究,该期间的气候干旱化极可能促进了陆地野火的频发。在这一系列的环境突变期间,早期被子植物发生了显著的辐射演化过程。通过总结了白垩纪中期早期被子植物花粉、中型化石、大化石记录资料,发现其花粉化石在丰度、类型上呈明显增多趋势,中型化石以Iberian半岛为代表,其化石数量出现从早Aptian期的几十种向晚Albian期数百个类型增加,植物大化石主要表现在叶片结构上,其叶脉密度在该期间呈明显上升趋势,叶缘形态趋向复杂化。这些证据表明早期被子植物可能发生了明显辐射演化过程。其叶脉结构的复杂化被认为是充分利用水分进行光合作用的结果,并根据这些化石记录的研究,其生态习性上,可能发生了由水生向陆生的转变过程,逐步脱离水体环境。因此,我们推测该期间的陆地环境干旱化可能是促使早期被子植物结构转变的重要因素,其次这种干旱化可能导致的火灾蔓延,有可能迅速导致了高大的裸子植物衰退。而由于被子植物的特性,相反则可能促使了早期被子植物的迅速繁殖。

关键词：白垩纪中期温室气候野火早期被子植物辐射演化

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