劉 俊

德國東部石炭、二疊系野外行

劉 俊

編者按本文是劉俊研究員2015年投給編輯部的一篇稿子。當時，以及一直以來，更加適用于當期的稿件都被排滿（其中也不乏劉俊提供的新稿），所以始終沒有用上這篇。由于本稿實際上依然能夠為讀者提供諸多打開眼界、豐富知識的內(nèi)容，而且那些體現(xiàn)地質(zhì)學、古生物學方面知識的內(nèi)容也不會因時間的流逝而“貶值”，因此編輯部在本期《化石》雜志中還是“像發(fā)掘化石一樣地”把這篇稿子在本期刊登出來，以伺讀者。

2014年，第74屆國際古脊椎動物學會年會在德國召開，我從未踏足這片土地，希望趁參會之機到著名的化石地點看看。組委會安排了幾條會前考察路線，我對石炭、二疊系的路線以及涵蓋索倫霍芬、梅塞爾等世界級的經(jīng)典化石產(chǎn)地的路線都有興趣。我還在猶豫該如何選擇，誰知在七月注冊時已經(jīng)沒有了選擇：后一條已經(jīng)爆滿，還已經(jīng)有候補的排隊了，于是直接選了前一條路線。

薩克森州中部野外行

我11月1日到達柏林，2日一早到指定地點等候，不見同行的人，心中有些打鼓，因為沒有與野外領隊聯(lián)系過，害怕此行因人少而取消，在柏林的幾天就不好安排了。幾分鐘后見有別的人過來一起等候，也就放心了?？?點，人齊了，只有8個，剛達到這條路線的最低要求。有人舉年會標志過來，知道找到組織了，上車，正好坐滿一個車。柏林天氣由陰轉(zhuǎn)晴了，氣溫也合適，正是秋高氣爽之時。出發(fā)時外面還有些涼，車窗玻璃上不一會兒就凝結(jié)滿呼吸的水汽。后來漸漸暖和，大家衣物也少了，還讓司機通氣降溫。從柏林出發(fā)，路邊有密密的次生林，樹葉金黃。一路地勢平緩，在冰期時這里曾經(jīng)被厚厚的冰川覆蓋過。往南慢慢出現(xiàn)大片青青的草地，有些邊上還有打好成捆的牧草；后來也見到一片片的農(nóng)田，有些明顯是剛收割了玉米。

10點不到就到達森肯伯格(Senckenberg)博物館位于德累斯頓城郊的研究所，正好是休息日，見不到幾個人，非常安靜。這次野外負責人J?rg W. Schneider和他的學生們在這里等著我們。到后來我們才知道野外其他負責人都是他過去和現(xiàn)在的學生。J?rg開始是研究昆蟲的，后來做得就比較雜了，他對中歐二疊系沉積盆地很熟悉。他首先介紹了這一帶的人文歷史、這里居民的歷史沿革，說由于18、19世紀中歐經(jīng)濟發(fā)展，增加對鐵礦、煤礦的采掘，才帶動了地區(qū)的發(fā)展。由于采礦，這里很早就開始了1:25000地質(zhì)填圖工作。他重點介紹了這一帶石炭-二疊紀的地質(zhì)發(fā)展史：早石炭世歐美大陸與岡瓦納大陸相撞，在中歐一帶形成一系列的盆地；盆地被造山帶剝蝕而來的陸源物質(zhì)填充。這些盆地在早中二疊世有長期的沉積空缺，晚二疊世（樂平期）一次廣泛的海進淹沒了這一地區(qū)。我見地圖上這個地區(qū)廣泛出露三疊系，問是否就是主要的三疊系出露區(qū)域。歷史上三疊紀名稱就是因為德國這一時期地層巖性明顯的三分而來，包括紅層斑砂統(tǒng)、殼灰統(tǒng)以及雜色層考依波統(tǒng)。

J?rg介紹當?shù)厥?二疊紀的地質(zhì)發(fā)展史

二疊系野外露頭以及發(fā)現(xiàn)的化石

之后我們進入了樓內(nèi)，這里是隸屬于法蘭克福的研究中心，僅是一個分支，主要研究現(xiàn)生以及化石生物的多樣性，有標本庫，但是沒有永久性的陳列，不過走廊里擺了一些標本。一進門左手邊就見到一窩來自河南省西峽的恐龍蛋，右手則是手獸足跡的造跡動物假想圖。在我國貴州貞豐中三疊世也發(fā)現(xiàn)過手獸足跡。在庫房門口是早年做的這一帶各個地質(zhì)時期復原圖，不過沒有二疊紀的。進入庫房，早已專門為我們擺出了一些化石，化石產(chǎn)自Doehlem盆地的下二疊統(tǒng)。兩個學生為我們先講解了一下化石類群，然后我們才參觀，主要是一些小型的兩棲類。大家粗粗看過后，對邊上精美的魚化石更感興趣，尤其是罕見的保存有骨骼的完整大型鯊魚。結(jié)束后又在外面參觀其他展品，包括一種已經(jīng)絕滅的大型海牛的骨架，這一帶的無脊椎動物化石、巨型菊石，以及保存精美的侏羅紀海生鱷類和大型魚龍。

銀礦的工棚以及附近的礦井，現(xiàn)在是遺址博物館

地質(zhì)調(diào)查所收藏的早二疊世的脊椎動物化石

鯊魚卵囊化石（左）以及復原的模型（右）

分發(fā)了午餐就上車開往化石點。就在不遠處一個小鎮(zhèn)邊，停車后沿廢棄的鐵軌走上十分鐘就到了。由于這一帶植被覆蓋好，以前好多露頭都是開礦暴露出來的。這里也僅有小小的一片灰?guī)r裸露出來。這一帶煤以及火山灰非常多。這個層位的化石是19世紀開采灰?guī)r發(fā)現(xiàn)的，化石在灰?guī)r中，常呈紅色，很豐富。我們這次也敲出了一個漂亮的兩棲類個體。很出人意外的是這個盆地里別說完整的魚，連一個魚鱗都沒有發(fā)現(xiàn)過。這不太可能是因為稀少而未被發(fā)現(xiàn)，要有的話一百多年的采集也應該有所發(fā)現(xiàn)；也不像是沒有保存下來，因為兩棲類化石埋藏環(huán)境也適合魚類保存，應該是另有原因。但是在距離幾十公里外的另外一個盆地同期卻有種類多樣的魚化石。于是有了各種猜測，有的學者懷疑與頻繁的火山活動有關，這里水體不與別的水系聯(lián)通，而曾經(jīng)可能有過的魚類早被頻繁噴發(fā)的火山殺死，而兩棲類則是后來才遷徙而來。還有就是認為這個盆地海拔高，與下面的盆地水體被大的落差隔開，魚類無法溯流而上。

下一站到達了小鎮(zhèn)弗萊貝格（Freiberg），這是一個大學城，現(xiàn)有4萬多人，其中6千多是學生。這個小鎮(zhèn)建立于1186年，長期以來是鐵礦山采礦業(yè)的中心。由于采礦發(fā)展起來，到1969年都是以采礦以及冶煉為主。近些年停止了采礦，轉(zhuǎn)向半導體以及太陽能產(chǎn)業(yè)。1765年成立了采礦學院，是世界上歷史最悠久的礦業(yè)工程學院。在以前的礦工的工地處（491米）可以俯瞰全鎮(zhèn)。一百多年前的采銀礦的礦井以及工廠由于沒錢新建而保留下來成為了歷史文物。

我們先到地質(zhì)調(diào)查所，這里收藏有大量地質(zhì)文獻、圖片、巖芯、巖石樣品與化石。在這里看早二疊世的脊椎動物化石，主要有兩棲類Acanthostomatops vorax最大的標本和Onchiodon labyrinthicus最大且完整的標本之一，以及6個完整保存在一起的亞成年下孔類盤龍Pantelosaurus的標本。這些盤龍應該是死后經(jīng)過短距離搬運，死因與火山活動有關；但是具體的埋藏過程需要進一步研究。

我們在旅館把東西放下，稍事休息后穿鎮(zhèn)而過，去弗萊貝格工業(yè)大學。中間在鎮(zhèn)中心的小廣場（見題圖）駐足。J?rg介紹當年他們是學生時候偷偷爬到獅子背上（當時要收費的），等對面的警察局里警察發(fā)現(xiàn)跑出來后一哄而散，四散逃竄讓警察抓不到。四周房屋屋頂都很陡，因為這里冬天雪大，避免積雪太多。路上有家特色的餐館，聽說有20多種啤酒；見到一家賣中國、美國、巴西化石、礦物的小店。路過Freudenstein古城堡，這個城堡經(jīng)過翻新，現(xiàn)在收藏有2004年有人捐獻的全世界私人收藏的最好的礦物標本。在地質(zhì)研究所門口有一塊來自Tambach的闊齒龍類的足跡化石。今晚在門口進行燒烤，來迎接我們。晚餐后我們主要聽了這里的年輕人報告自己的工作，主題是吉爾吉斯斯坦三疊紀Madygen動物群。Madygen動物群包括了大量昆蟲以及脊椎動物，脊椎動物有各類淡水魚類，如龍魚、包括鯊魚的卵囊；以前就發(fā)現(xiàn)過長鱗龍、沙洛維龍等奇怪的雙孔類。他們重點介紹了鯊魚卵泡囊的研究，在這里有兩種類型的卵囊在一起。他們這個團隊在歐亞大陸多處進行工作，今年前不久剛剛到過新疆的二疊-三疊紀界線剖面，在吐魯番桃樹園還發(fā)現(xiàn)了一些水龍獸化石。我見到拍攝的照片，正是當初我們遺棄的。

德國早二疊世的“龐貝城”——開姆尼斯（Chemnitz)考察

采石場照片以及巖石形成的機理：火山噴發(fā)

采石場周圍用當?shù)厥^建造的老房子

髓木樹干與座延羊齒類葉相連

發(fā)現(xiàn)的動物化石：A)馬陸印痕，比例尺7毫米；B)蜘蛛，比例尺3毫米；C)蝎子，比例尺1厘米；D)巨型多足綱節(jié)胸屬動物的足，比例尺1厘米；E)隱足螈（aistopod），比例尺1厘米；F)完整的爬行動物骨架，比例尺2厘米。

第二天開車到Chemnitz的一個采石場，這里從18世紀開始采石頭，這種石頭是很好的建筑材料，周圍的老房子大多都是用它建起來的。在開采中發(fā)現(xiàn)了原位保存的硅化木。由于這里的硅化木色彩豐富，引起了收藏者的關注，當時有許多專門的人員搜索這種珍稀的石頭。人們很早就認識到這是一個被火山灰瞬時埋藏的森林，保存了當時的生態(tài)系統(tǒng)。基于這個地點采集的標本命名了古植物學歷史上早期的一些化石植物名稱，晚古生代常見的一些植物屬的模式地點都在這里，包括Psaronius（輝木），Tubicaulis,Calamites（蘆木），以及Medullosa（髓木）?，F(xiàn)在石頭開采早已停止，地上被厚厚的落葉以及叢生的雜草覆蓋，山頭也是密密的叢林。在博物館見到幾十年前的照片，當時這里還有采石工人的房子。地質(zhì)人員通過測制剖面，發(fā)現(xiàn)這層火山碎屑在這個地方的厚度遠遠大于周圍，這里就是當初火山噴發(fā)的中心。通過鋯石測年得知火山噴發(fā)大約在2.9億年前。

周圍很大一片區(qū)域都開發(fā)成了住宅區(qū)，近20多年在建筑施工中常常發(fā)現(xiàn)新的硅化木，但都是無意中發(fā)現(xiàn)的。為了取得第一手地質(zhì)和化石資料，開姆尼斯自然歷史博物館選取未被人類活動擾動過的城中一片空地進行了三年半（2008～2011年）的系統(tǒng)發(fā)掘，目的是查清已經(jīng)命名的器官屬種的關系，重建植物群落，調(diào)查火山噴發(fā)如何影響生態(tài)系統(tǒng)。他們發(fā)掘面積是24×18平方米，深達5米以上，打格子如同文物遺址般一層層地手工發(fā)掘，并記錄發(fā)掘到的化石的三維位置信息，并系統(tǒng)采集了巖石、地化樣品。最后發(fā)現(xiàn)了原位保存的樹干、樹根，發(fā)現(xiàn)樹葉、球果與莖相連。很多植物化石，樹干定一個名稱，葉子定一個名稱，不同的器官給予不同的名稱，發(fā)現(xiàn)這樣的化石就能夠解決同物異名問題。在落葉層發(fā)現(xiàn)了蝎子、蜘蛛、巨型馬陸；但是沒有昆蟲，它們似乎在火山噴發(fā)之前就飛離了此地。更有價值的是發(fā)現(xiàn)的四足動物化石，其表皮印痕都保存了，但是骨骼卻普遍保存不佳。化石都放到博物館去了。我們問為什么不建個遺址博物館，原地保存起來？答曰：“到下一個地點就知道了?！?/p>

后來他們又申請到歐盟的研究基金，進行進一步的工作。先購買下一小塊地，建立了一個野外工作的臺站，這樣能夠增加當?shù)氐闹龋慰?，帶動地方?jīng)濟發(fā)展。他們開始試掘了一小塊，后來又用沙填回去，用以訓練初來的學生，也讓來參觀的孩子能夠嘗試感受發(fā)掘的樂趣。目前的發(fā)掘進度是來自4個不同學校的學生發(fā)掘了三四個月的成果，純手工打造，已經(jīng)有幾噸重了。在發(fā)掘工地邊上建立了生活、工作區(qū)，冬天有暖氣，不過屋子夏天有些悶熱。發(fā)掘現(xiàn)場有攝像頭，想了解的人可以在網(wǎng)上觀看挖掘過程。目前這里每年僅在開放日對公眾開放，以后這里應該能夠成為一個遺址博物館。

最后到博物館看，主要就是看在前面兩個地點收集的標本。這是一個很小的地方博物館，但是有特色。一進門就是高聳的硅化木叢林，最高有20米以上。這是歷史上收集的，新發(fā)掘的標本在一樓（德國說法）展出，主要是大量的硅化木。他們還制作了一個復原的場景，選取近似的植物種植在這里，重點突出2米多長的巨馬陸。這里還收集了一些巴西侏羅紀的球果化石，保存得非常精致。我們作為古脊椎動物學者，對這個門類更關注，重點看了采集的四足動物。他們推測四足動物本來應該在樹間追逐小昆蟲之類，在火山噴發(fā)時從樹上跌落下去才保存下來的。這里播放他們以前制作的短片，還原當年火山噴發(fā)的場景，用以解釋這個二疊紀的龐貝城的形成過程。不過館長說在獲得第一手的發(fā)掘資料后，有必要對短片進行一些修正了。

發(fā)掘出來的一棵較完好的樹以及一個硅化木的橫切面（左下角）；在后面墻上是采石場的老照片

重點突出2米多長的巨馬陸的復原場景

圖林根（Thuringia）地區(qū)考察

驅(qū)車幾小時到施洛伊辛根（Schleusingen），到達時天色已晚。沿著曲曲折折的小路我們來到了一個古老的Bertholdsberg城堡中，這就是現(xiàn)在的自然歷史博物館所在。城堡建于1226至1232年，是這一地區(qū)現(xiàn)存的最老的城堡。到1530年發(fā)展到有四翼9塔的和一個城堡的建筑群。這個情況已經(jīng)持續(xù)了近五百年。本地各個地方博物館重要的地質(zhì)與生物藏品在1988年都匯集此處，這里能夠提供更好的收藏條件。這個博物館是當?shù)刂匾囊粋€自然科學的教育中心，有自己的刊物，組織各種文化活動。我們先到樓上喝咖啡，穿過中世紀的藥房，里面一間是布置相對現(xiàn)代的屋子。我在門口看見老式的手搖縫紉機，很有時空穿越的感覺。

站在展覽入口，正面柜臺上擺著恐龍的模型，是賣給來參觀的孩子們的。旁邊墻上就是最吸引人眼球的三條鯊魚化石，頂上還有復原模型（圖片見封底）。它們?nèi)脒x德國2011年度化石。左側(cè)就是這里的特展——4億年前的鯊魚，展出了從泥盆紀到現(xiàn)代的軟骨魚類。鯊魚化石主要保存為牙齒，鯊魚是軟骨魚類，一般沒有骨骼保存下來。這里牙齒最大的屬于巨齒鯊，只憑牙齒就可以遙想曾經(jīng)的霸主當年的威風。不過最有爭議的還是旋齒鯊的牙齒，這種牙齒到底長在鯊魚的哪個位置的爭論從發(fā)現(xiàn)起就開始了。最近通過CT掃描，解決了這個歷史上的謎團，文章發(fā)表在Biology Letters（DOI: 10.1098/rsbl.2013.0057）。他們同時提出旋齒鯊可能與全頭類（銀鮫）的親緣關系比現(xiàn)代的鯊魚更近。這里還展出了特異埋藏的一種琵琶鲼（Rhinobatos hakelensis），產(chǎn)于黎巴嫩白堊系（本期封面即這塊化石的照片鏡像）。另外還展出了多種現(xiàn)生鯊魚標本，制作很精致。此外在水箱里養(yǎng)了兩條小鯊魚，平添了幾分生氣。

巨齒鯊牙齒

古生代的鯊魚，上部中間為旋齒鯊牙齒的模型

展覽還包括了“礦物——迷人的形態(tài)和顏色”。不過礦物展品在我眼里也就一般，有點意思的是這里有用各種石頭加工首飾盒的傳統(tǒng)，看上去很不錯。展覽也介紹了當?shù)氐牟傻V歷史，展現(xiàn)了礦工工作的艱辛。例如在只有40厘米高的洞里干活，你可以在這里親自體驗一下。

博物館的主要展覽是“我們生活的生境的足跡——3億年的圖林根”，用化石以及復原場景展示了生物和環(huán)境的協(xié)同發(fā)展。展覽布置注意古今結(jié)合，常將化石與現(xiàn)生代表放在一起。也注意讓內(nèi)容生動起來，布置了大量的生物復原以及場景再現(xiàn)。各個場景依據(jù)發(fā)現(xiàn)化石類群數(shù)量的多少而簡繁不一，按時代早晚包括以下場景：(1)早二疊世（3億年）湖泊河流以及沼澤，化石主要來自我們馬上要參觀的地點；(2)晚二疊世（2.58億年）淺海、礁體和海岸，主要是魚類化石，岸邊還有原龍以及空尾蜥；(3)早三疊世（2.51億年）河流，主要是遺跡化石，尤其是四足動物足跡；(4)中三疊世（2.4億年）淺海，有大大小小的菊石、魚類以及鰭龍；(5)晚三疊世（2.32億年）早期河湖及沼澤與淺海，主要是巨型乳齒螈這一當時發(fā)展非常繁盛的動物，中期河流景觀，重點展示板龍以及一個肉食恐龍的模型；(6)新近紀（24百萬年）小火山口和落水洞湖；(7)更新世（2.4百萬年）冷暖交替時不同景觀。后兩個場景都不大，主要是象和鹿的化石，其中有1957年發(fā)掘的猛犸象，按照原來保存姿態(tài)來布展。最后時間隧道通向現(xiàn)代，展示當?shù)噩F(xiàn)代主要的野生動物以及各種類型的生境。在結(jié)束部分是假想的以后的考古學家發(fā)掘到現(xiàn)代留下的遺存的場景。

關于旋齒鯊牙齒位置的各種假說，最下方是最新的結(jié)論

博物館中早二疊世森林景觀

兩棲類Apateon dracyiensis保存的不同類型

參觀結(jié)束后我們在底層的化石修理室里聊天，喝啤酒。這里擺著一些近些年采集的標本，大多是從我們馬上要參觀的地點采集到的，我們提前在這里觀察。利用這個機會Per講述了他的小組利用歐盟的同步輻射研究早期四足類的骨組織結(jié)構(gòu)，連肌肉附著點都可以清楚地推斷出來。他希望歐洲的同行多利用這個設備，充分挖掘化石的信息。離開前我們每人得到一本博物館展覽介紹的書，可惜是德文的，只能看看圖。

4日我們翻山穿過叢林來到第一個野外地點，當?shù)氐逆?zhèn)長以及兩個化石采集者在這里等著我們。為了迎接我們的到來，已經(jīng)提前請當?shù)厝税崖额^清理了，以方便我們的觀察。這個地點植物化石的采集歷史已經(jīng)超過了300年，但是露頭面積如此小，有些出乎我的意料。以前是在煤層的蓋板的頁巖中采化石，直到近30年才在本剖面的河流相沉積中發(fā)現(xiàn)脊椎動物化石，包括近30厘米的兩棲類Onchiodon頭骨以及一條完整的淡水鯊Bohemiacanthus。

第二個地點是Tambach附近的Bromcher采石場，這個地點在過去120年采石中發(fā)現(xiàn)了大約300塊大型的帶足跡的石板，這些足跡保存非常精美。這里有遺跡化石保存最理想的條件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的遺跡化石包括五個遺跡屬，其中Ichniotherium占發(fā)現(xiàn)足跡總量的95%以上。近年來發(fā)現(xiàn)這個遺跡屬包括兩個遺跡種，而它們正好對應于在此地發(fā)現(xiàn)的兩類闊齒龍（diadectids）的骨架。這是古生代第一個在物種級別鑒別出來的可信的造跡者。多年前在SVP會議上我就聽過這一地點相關的報告，這也是我這次野外之行最想見到的地點。足跡與泥土龜裂的痕跡總是在一起。近20年在這里發(fā)現(xiàn)了保存精美的骨架，包括最早兩足行走的波羅蜥類以及西蒙螈類、闊齒龍類、盤龍類。我們先驅(qū)車來到一個地點，我怎么看也不像是要參觀的地點。原來這里在早二疊世時是火成巖巖壁中間沖刷出來的一個峽谷。出來不遠就是沖積扇，我們看了紅色的粗礫巖；而化石點位于沖積扇的邊緣。在野外的巖石上隨處可見雨跡以及龜裂紋，仔細看還有水逐漸干涸的記錄。產(chǎn)出骨骼的層位并不是遺跡化石層位，而是之上的泥巖中。由于化石保存完整，推測不會搬運太遠，基本近于原位保存。

最后要觀察的是下二疊統(tǒng)的Goldlauter組，這個組化石非常豐富，有水生的無脊椎動物，如雙殼類、介形蟲、葉肢介、蝦；昆蟲，蜘蛛，馬陸，還有脊椎動物中的魚類、兩棲類、四足動物足跡以及多種植物。早在1848年研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第一個四足動物足跡。我們要觀察的地點是Tabarz附近正在施工的采石場。先取得管理者的許可，每個人在一份協(xié)議上簽名，并且每人都頭戴安全帽才進入采石場。有一個國家地質(zhì)公園的工作人員在此與我們匯合，他也曾經(jīng)是J?rg的學生，隨身帶了自己最近找到的漂亮的化石。我們在露頭上很容易找到無脊椎動物的化石，不一會兒就發(fā)現(xiàn)了一些兩棲動物幼體的化石。這里曾經(jīng)有一塊石板上有1500個兩棲類幼體化石。這里的化石保存類型多樣。我們發(fā)現(xiàn)的是黃鐵礦化的，我還從野外得到一塊，上面可見兩個個體，因為德國對化石沒有限制，我就帶回國來了。

這次會前的野外考察圓滿結(jié)束。我們一行8人都覺得不虛此行，很值得。