《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Life after eruption: an 40Ar/39Ar geochronologically constrained trace-fossil record documenting pioneer communities in the Oxfordian (Late Jurassic) of Patagonia
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火山喷发是最具破坏力的自然现象之一，对区域乃至全球的生态群落、地貌和气候均产生深远影响。火山活动的影响同样保存在古遗迹学记录中，提供了生物如何与受火山作用影响的景观相互作用的宝贵证据。火山碎屑岩和火山沉积岩为脊椎动物足迹的保存提供了罕见但有利的介质。然而，尽管
火山喷发是最具破坏力的自然现象之一，对区域乃至全球的生态群落、地貌和气候均产生深远影响。火山活动的影响同样保存在古遗迹学记录中，提供了生物如何与受火山作用影响的景观相互作用的宝贵证据。火山碎屑岩和火山沉积岩为脊椎动物足迹的保存提供了罕见但有利的介质。然而，尽管脊椎动物足迹在全球范围内从泥盆纪到全新世均有记录，但与火山环境相关的遗迹学记录仍然极为稀少。本研究旨在基于Laguna Manantiales地区La Matilde组（阿根廷圣克鲁斯省）的脊椎动物和无脊椎动物遗迹化石记录及其环境背景，重新解读该地点的陆地生物群，同时认识到这一记录并不一定涵盖该区域栖息的全部生物群落。研究人员进一步致力于理解在该火山环境中运作的地质和古生物学过程，特别关注促成这些短时间保存窗口的条件。此外，研究人员还提供了一个来自掩埋主含足迹层的凝灰岩的40Ar/39Ar年龄测定结果，从而能够重新讨论La Matilde组的年代学以及这一独特遗迹动物群的意义。
1. 研究背景与科学问题
火山喷发是地球上最具破坏力的自然现象之一，对生态系统、地貌和气候产生深刻影响。火山活动不仅塑造了现代景观，也在深时记录中留下了独特的化石和遗迹化石证据。火山碎屑和火山沉积物，尤其是细粒度的火山灰和火山砾，为脊椎动物足迹的保存提供了罕见但理想的介质。这是因为火山活动的间歇期创造了允许足迹形成的短暂时间窗口，而随后的快速埋藏（如早期成岩胶结）则能将足迹迅速纳入地质记录。然而，尽管全球范围内从泥盆纪到全新世都有脊椎动物足迹的记录，但与火山环境相关的遗迹学记录却异常稀少。前人研究多聚焦于含足迹火山碎屑岩的岩石学、基质特征和沉积背景，而对造迹生物与火山环境的相互作用关注不足。
阿根廷圣克鲁斯省的Estancia Laguna Manantiales（La Matilde组）是一个著名的侏罗纪古生物地点，以产出丰富的植物化石以及保存于火山碎屑岩中的脊椎动物和无脊椎动物遗迹化石而闻名。该地点的脊椎动物遗迹组合尤为独特，包含大量保存完好的小型足迹（多数全长小于5厘米），分别归属于兽脚类、鸟臀类和哺乳动物造迹者。然而，La Matilde组的精确地质时代长期存在争议，此前基于古植物、古脊椎动物化石以及构造背景，其年龄被分别归为中侏罗世至晚侏罗世早期、卡洛夫期、巴柔期–提塘期或提塘期，缺乏高精度的放射性同位素年龄约束。因此，亟需对该地层进行精确的年代学厘定，并将其独特的遗迹动物群置于准确的时空框架下进行比较，以揭示火山环境下生物群落的演替规律。
2. 研究方法概述
为精确限定La Matilde组的沉积时代并重建火山喷发后的生态响应，研究人员综合运用了多种技术手段。首先，在Laguna Manantiales地点详细测量了三段地层剖面（LM1、LM2、LM3），对含足迹层进行了精细的沉积学和岩相学描述。其次，对采集的岩石样品进行薄片鉴定，依据火山碎屑岩的分类标准划分岩相类型。最关键的是，研究人员从LM2剖面的主含足迹层之上采集了一个凝灰岩样品（LMII-2），分离出其中的黑云母和透长石晶体，在美国俄勒冈州立大学氩气年代学实验室采用40Ar/39Ar阶段加热法进行高精度定年，包括总熔融和增量加热实验，以获得可靠的喷发年龄。
3. 主要研究结果
3.1 含足迹层序的精细解剖
研究人员在Laguna Manantiales地点识别出一个厚度不足2米的整合地层序列。底部为绿色至红色的纹层状泥岩，代表洪泛平原池塘环境，其中保存了低多样性的无脊椎动物遗迹化石，如Planolites和Helminthoidichnites。其上为一套薄层火山碎屑岩，由低角度交错层理凝灰岩（xsT）、块状凝灰岩（mT）、弥散层理凝灰岩（dsT）和良好层理凝灰岩（//sT）构成。这些不同的岩相反映了火山碎屑密度流在流动边界带内牵引主导、颗粒流主导和流体逃逸主导等不同状态的交替变化，指示了不稳定的喷发供给。共识别出四个含足迹层面，其中两个层面产有丰富的脊椎动物（哺乳动物* Ameghinichnus 、鸟臀类 Delatorrichnus 、兽脚类 Grallator 、 Wildeichnus 和 Sarmientichnus ）和节肢动物（ Hexapodichnus *）足迹，表明在火山活动间歇期，生物群落得以迅速重新占领该区域。
3.2 精确的40Ar/39Ar年代学约束
对掩埋主含足迹层的凝灰岩样品（LMII-2）进行的40Ar/39Ar定年获得了高度一致的结果。黑云母的坪年龄为155.63±0.24 Ma，反等时线年龄为155.39±0.27 Ma；透长石的坪年龄为155.19±0.25 Ma，反等时线年龄为155.15±0.25 Ma。这两个矿物的年龄在误差范围内完全重叠，表明它们形成于同一火山喷发事件。研究人员将这一年龄解释为代表喷发年龄，并紧密关联沉积年龄。该结果将La Matilde组的主含足迹层精确限定在牛津期（Oxfordian），约1.55亿年前，为该地层的时代归属提供了迄今最精确的放射性同位素约束。
4. 讨论与结论
基于上述结果，研究人员重建了该地点的火山喷发后生态事件序列。最初，洪泛平原池塘环境支持了一个低多样性的无脊椎动物群落。随后，火山活动爆发，高温火山碎屑流席卷景观，但喷发的不稳定性造成了至少两次短暂的沉积间断。在这些间歇期内，一个更加多样化的脊椎动物和无脊椎动物群（包括哺乳动物、恐龙和昆虫）迅速重新占领了该区域，形成了丰富的足迹记录。最终，持续的火山碎屑流摧毁了此前繁盛的南洋杉林地，整个事件序列在地质上几乎是瞬时完成的。
研究人员强调，Laguna Manantiales的遗迹动物群代表了火山环境中的一个先驱群落（pioneer community）。与同期其他地点的大型脊椎动物相比，这里的造迹者均为小型个体，这可能反映了火山喷发后恶劣环境下的生存策略。该研究的重要意义在于：第一，首次为La Matilde组提供了精确的牛津期40Ar/39Ar年龄，将其牢固地锚定在国际年代地层表中，并为Chon Aike硅质大火成岩省（CASLIP）中Bahía Laura火山杂岩的时代提供了关键约束。第二，揭示了火山喷发后极短时间内（数分钟至数天）生态系统的崩溃与重建过程，这些保存完好的足迹是真正的“快照”，记录了生物对火山干扰的即时响应。第三，该地点产出的Ameghinichnus是南美洲唯一的晚侏罗世哺乳动物遗迹记录，对于理解早期哺乳动物的演化、行为和生态具有重要意义。
研究结论翻译：本研究的40Ar/39Ar测年结果将La Matilde组的主含足迹层精确限定在约1.55亿年前的牛津期。火山碎屑岩床中保存了多样化的遗迹动物群，这些遗迹形成于短暂的保存窗口内。Ameghinichnus是南美洲已知唯一的晚侏罗世哺乳动物记录。一个小型个体的先驱群落与同期的大型脊椎动物形成鲜明对比。火山碎屑掩埋作用为CASLIP中Bahía Laura火山杂岩的年龄提供了关键约束。
