全北极区哺乳动物化石和老第三系各统间的界线

S.G.Lucas

（New Mexico Museum of Natural History，1801 Mountain Road N.W.，Albuquerque，New Mexico 87104，USA）

摘要　研究哺乳动物的古生物学家长期以来一直试图把老第三系各统间的界线与全北极区哺乳动物大的世代交替事件联系起来。然而，我们目前对全北极区内老第三纪哺乳动物的生物地层及演化方面的了解表明，老第三系各统间的界线与哺乳动物大的交替难以对应。

关键词　老第三系　哺乳动物化石　欧洲　北美　亚洲　统

1　引言

哺乳动物化石在非海相老第三纪地层对比上起着很重要的作用。这一点对北方大陆来说尤为重要，因为在老第三纪的大部分时间内，北美、欧洲和亚洲在北部相连形成一个单一的全北极大陆。

哺乳动物化石的对比主要依靠那些建立在区域生物年代中的陆生哺乳动物“期”（LMA）（表1）。LMA首先是在北美命名的，它与当地动物群（组合带）的时间段相当[14，29]。LMA之间的界线通常对应于哺乳动物演化中的起源、绝灭和（或）迁移事件。

表1　北美、欧洲和亚洲老第三系LMA的对比

许多年来，就老第三系各统间的界线——特别是古新统/始新统界线和始新统/渐新统界线——是否与哺乳动物演化过程中的大的交替事件相一致这个问题，一些研究哺乳动物的古生物学家一直争论不休[11，15，16，18]。或者，也可以反过来这样说，一些古生物学家对于哺乳动物演化过程中的重大交替事件是否可用来确定老第三系各统间的界线这一问题一直存在争论。这里，我反对这种观点，并以在全北极区内哺乳动物的重大交替事件与老第三系各统间的界线并不一致来证明我的看法。

2　上白垩统/古新统界线

在亚洲和欧洲，穿越上白垩统/古新统界线的全北极区哺乳动物化石记录很不完全[7]。仅在北美有足够的在生物地层上有价值的记录。80年代以前，此界线与Lancian期和Puer-can期的LMA界线对比过[30，31]。那个界线之所以与所发现的哺乳动物的重大演变事件一致，主要是因为Lancian期哺乳动物实际上在时间上早于白垩纪末期，而典型的Puercan期哺乳动物群则处于白垩纪/老第三纪界线之后，在哺乳动物分布上留下了一个大约2Ma的间断[21]。

在70年代晚期和80年代，通过详细收集在美国蒙大拿州东北部穿越白垩系—老第三系的有关化石资料，这个大约2Ma的间断被接上了，并且提出了一个经过修改的、穿越白垩系/老第三系界线的四个生物地层分带建议（图1）。然而，两个新的LMA——Bugcreekian期[1]和Mantuan期[39]——后来认为在生物地层上并不是很明显，不足以被定为LMA，因此，它们被降到了带的位置或降为次级陆生哺乳动物“期”（SLMA）。

图1　蒙大拿州东北部穿越上白垩统/古新统界线的哺乳动物属的地层分布范围

星号（*）表示在Puercan阶的属可能来自于对早白垩世地层的再沉积研究

Archibald和Lofgren[2]和Lofgren[19]最近分析了蒙大拿州东北部穿越上白垩统/古新统界线的哺乳动物化石记录，在所得的哺乳动物28个属中，有14个穿越了Lancian期与Puercan期的界线，仅有4个在Puercan阶底部有它们的最低出现处（LO），10个在Puercan阶内有其LO。显然，Puercan阶底界与哺乳动物演化过程中的一个大的演化交替期没有对应。大量明显的演化交替事件与较年轻的Puercan-Torrejonian界线相一致，此界线属于古新世早期[42]。因此哺乳动物在判定上白垩统/古新统界线上并不能提供一个有力的生物地层依据。

然而，这儿要提一下Lofgren[19]。他指出，由于再沉积，发现有10个处于Lancian阶到Puercan阶下部的哺乳动物的属在Puercan阶内也有记录。如果是这样的话（其已被讨论过但仍不确定），那么这10个属应在白垩纪/老第三纪界线处或之前消失，表示一次更重要的交替事件。

3　古新统/始新统界线

在西欧、北美和亚洲的非海相地层中，哺乳动物在生物地层上提供了穿越古新统/始新统界线的可靠的对比[22]。这些对比（图2）与磁性地层、放射性同位素测年以及化学地层是相一致的。古新统/始新统界线（也就是伊普里斯阶的底界）在欧洲的Neustrian阶（即Sparna-cian阶）LMA之内，在北美处在Wasatchian LMA的Graybullian阶时间段内，在亚洲则处在Nongshanian LMA的较年轻的段内（图2）。在欧洲和北美，在Neustrian阶底界和Wasatchian阶LMA记录了哺乳动物演化过程中的一次大的演变事件，它的时间在古新统/始新统界线之前。在亚洲，相似的交替事件却处在古新统/始新统界线之后，但这可能是由于亚洲的记录不完整所致。

图2　穿越古新统/始新统界线的全北极区LMA和SLMA的对比

Wasatchian LMA的底界代表了哺乳动物演化过程中的一次大的动物群世代交替事件[15]。在Wasatchian底部首次出现的重要种属包括：奇蹄目、偶蹄目、euprimates、hyaen-odontid、creodonts、didymocods、didelphinine marsupisls、食肉目中的几个属、小古猫类Miacid和啮齿类Microparamys。这次交替使许多研究哺乳动物的古生物学家认识到，古新统/始新统界线的确是在Wasatchian阶底界之上的。

在西欧剖面中最显著的动物群交替事件发生在RL MP6与RL MP7之间以及RLMP8/9与RL MP10之间（RL指参考层位）。这两次动物群交替事件足以确定Neusteian的LMA。在RL MA6和RL MA7的界线处，出现了perissodactyls、artiodactyls、chiropterans、啮齿和冠齿兽类pantodonts，multituberculates、condylarths和plexiadapiforms的分异度降低了。然而需要注意的是，这个“界线”是Cernay（RL MP6）动物群（在Thanetian时期是一个单个的点）和RL MP7组合之间的一个间断面；这个间断面与北美记录相比，在表观上肯定过于夸大了演化交替事件。在RL MP8/9与RL MP10的界线处，pantodonts和multitu-berculates消失了，在化石组合上以大量的lophiodonts动物为主。在亚洲，Bumbanian LMA的底界相当于出现奇蹄目、omimyid灵长目、啮齿类及Hyopsodus属的化石[9，37]。

经确认，始新世的底界也就是伊普里斯期的底界。然而，古新统/始新统界线GSSP仍未建立。该GSSP可能位于与伊普里斯阶底界相一致的位置，或者相当于超微浮游生物NP9/NP10带的界线，或是浮游有孔虫的P5/P6带的界线和碳同位素偏移处。这些界线都比哺乳动物的交替的年代要新，是GSSP的有利候选者[3]。当古新统/始新统界线的GSSP建立时，这界线将应在Neustrian、Wasatchian和Nongshanian的LMA之内。

4　始新统/渐新统界线

在80年代，按照国际地质科学联合会下属的国际地层委员会（ICS）的规定和指导方针，国际地质对比计划174找到了一个适当的始新统/渐新统界线层型。他们选择了意大利Massignano剖面中19m处的层位作为始新统/渐新统界线的GSSP，ICS批准了这一决定[25,26]。此GSSP位于深海海相灰岩中，且界线层型点与浮游有孔虫Hantkenina及Han-tkeninidae科的其他成员的消失相一致。比此层型点稍低的火山灰层的放射性同位素年龄稍大于34Ma，且此层型点落入磁极倒转C13rl中。以前被广泛接受的始新统/渐新统界线的估计年龄为36Ma以上[5]，新的GSSP将此界线移动了一下，故它比以前估计的要年轻2Ma。

含哺乳动物化石的地层与可能被用来确定始新统/渐新统界线位置的含有hantkenined有孔虫或其他海相化石的海相地层之间，还没有进行过直接的生物地层横向对比。取而代之的是把哺乳动物的生物年代同主要依靠放射性同位素测年和磁性年代来确定的始新统/渐新统界线进行对比。在北美西部的记录可提供精确的对比。

以前，始新统/渐新统界线被置于Chadromian LMA的下部（图3），此位置的年龄是用K-Ar法测定怀俄明州的Flagstaff凝灰岩得来的，并且与磁性年代明显一致[27]。现在，来自同一凝灰岩新的Ar-Ar年龄以及怀俄明州其他地方、内布拉斯加州和得克萨斯州西部的凝灰岩的新的Ar-Ar年龄值，和重新标定过的磁性年代，表明Chadronian结束的年龄大约为34Ma。这与始新统/渐新统界线相一致[28]。这意味着在过去的一些年里，北美西部的始新统/渐新统界线的位置被移动了超过2Ma和两个磁性年代单位（图3）。

图3　北美和亚洲穿越始新统/渐新统界线的新（1992年以后）、老（1992年以前）方案的LMA对比

RL—参考层位的缩写

在亚洲陆相地层中，目前用于对比始新统/渐新统界线的最精确方法是把Chadronian-Orellan的LMA界线与在蒙古和中国境内的陆地哺乳动物化石记录相对比。许多年以来，俄罗斯和蒙古的古脊椎动物学家们认为蒙古Ergilin-Dzo组的哺乳动物化石组合是早渐新世所特有的[45]。他们得出此结论的依据是已被广泛承认的Ergilin-Dzo哺乳动物与Chadro-nian期的哺乳动物的对比。

然而，Chadronian期哺乳动物现在被认为是始新世晚期的产物，在亚洲可与之对比的哺乳动物，像Ergilin-Dzo组的哺乳动物组合，也是如此。亚洲最古老的渐新世哺乳动物组合以Hsanda Gol组底部的组合为最好的代表，此哺乳动物组合在时间上紧随蒙古的Ergilin-Dzo哺乳动物组合。始新统/渐新统界线的重新定位还没有被中国、蒙古和俄罗斯的古脊椎动物学家所承认[11，32，41]，但在西方却已被广泛接受[4，12，13]，本文也同意这一定位。

在北美和亚洲，始新统/渐新统界线对应于相当LMA界线的哺乳动物的演化交替事件。然而，这一演变交替事件是从始新世晚期持续到渐新世中期的一次哺乳动物种群长期变动的一部分[4，11，12，40]。同样，长期的变动也发生在穿越始新统/渐新统界线的欧洲哺乳动物群中[17]。事实上，Stehlin[33]所谓的“Ia Grande Coupure”（大间断）——一次设想的引人注目的穿越始新统/渐新统界线的欧洲陆生哺乳动物的大变动——实际上是由于分散滞后而造成的一个假象[44]。

5　渐新统/中新统界线

表2　穿越渐新统/中新统界线的全北极区LMA的对比

据我所知，人们并没有力图把渐新统/中新统界线与一次哺乳动物的交替事件等同起来。中新世的底界也就是阿启坦阶的底界。在欧洲，一个连续的标有MN1到MN17[6，24]的“中新世”哺乳动物参考层位（RL）实际上横穿了渐新统/中新统界线——RL MN1，并且至少RL MN2的底部处于渐新世晚期（表2）。可与阿启坦阶层型直接对比的最古老的哺乳动物位于RL MN2中[34]。这意味着渐新统/中新统界线处于Aegenian LMA内（表2），并不与欧洲哺乳动物群的一次显著的演化交替相一致。

在北美，哺乳动物组合与渐新统/中新统界线的对比有磁性地层和放射性同位素定年来实现。此界线对应为Arikareean的LMA内部，接近于White River动物群的终止这一交替事件，并属于小的迁移事件类[35，36]。因此，没有大的哺乳动物演化交替事件与渐新统/中新统界线相关。

在亚洲，渐新统/中新统界线的位置与塔本布拉克阶和谢家阶的LMA界线相一致[20，29，38]，然而，这是建立在RL MN1的底界与阿启坦阶的底界相当这一错误概念基础上的错误对比。如果谢家阶下部的LMA与RL MN1的对比正确的话[20，23]，那么渐新统/中新统界线将与谢家阶LMA之内的一个层型点相对比，而不与亚洲哺乳动物群的一次大的演化交替相一致。

致谢　1992年以来，国家地理协会一直资助我对亚洲老第三纪哺乳动物的研究。本文的许多观点受到M.P.Aubry、W.A.Berggren、H.de Bruijin和R.J.Emry等学者的启发和影响，在此一并表示感谢。

（聂浩刚译，余青校）

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