中中新世Mascall植物群植被、气候与年代再研究：喀斯喀特山脉背风区环境

《Journal of Paleontology》：Vegetation, climate, and age of the mid-Miocene Mascall flora reinvestigated: leeward environments of the Cascade Mountains

　　

俄勒冈州东部的Mascall组保存了丰富的化石植物群，为认识太平洋西北地区（PNW）中新世植被与气候提供了关键窗口。然而，该组缺乏连续的年龄-深度模型，限制其与区域构造及全球气候事件的对比；此前由Mascall植物群推断的湿润森林究竟代表广域区域植被还是局地湖滨生境亦未明，导致PNW森林向开阔生境转换的时机悬而未决。为填补上述空白，研究人员提出新的U-Pb（铀-铅）地质年代学与贝叶斯年龄-深度建模，结合植物大化石、植硅体（phytoliths）和孢粉形貌（palynomorphs）多指标分析，并综述埋藏学文献，以重建区域植被与气候。White Hills处一段定年熔结凝灰岩（16.131±0.011 Ma）约束了组底界，年龄建模实现了与中新世全球气候事件的精确对比。化石证据表明，当时为温暖温带、湿润且夏季干旱极弱的环境，以落叶被子植物主导的郁闭冠层森林为主；植硅体进一步揭示景观中散布喜热棕榈、姜目（Zingiberales）及草丛斑块。这些结果不同于同期大平原与落基山更开阔的生境，表明PNW单向开阔生境转换被延迟至Mascall植物群沉积之后。喀斯喀特山脉东侧持续存在的喜湿植物群亦暗示该山脉尚未隆升至能形成显著雨影的高度。本研究彰显了多指标手段在解析PNW中新世气候与植被结构中的价值。

研究背景与问题缘起

太平洋西北地区（PNW）自新生代以来保存了连续的古植物记录，其中俄勒冈中部John Day地区从始新世到晚中新世的沉积序列总体呈现年均温下降、温度季节性增强和降水减少的趋势。Mascall组代表该序列的中中新世部分，保存的Mascall植物群是PNW若干中新世植物群之一，形成于中新世气候最适期（MCO）高峰。然而，该组一直缺乏连续的年龄-深度模型，使得其不能与区域构造和全球气候事件精确对比；同时，早期依据Mascall植物群推断的湿润森林到底反映区域广布植被还是仅局地湖滨廊道森林存在争议，PNW“开阔生境转换”（OHT）是否单向推进尚不清楚。此外，前人工作多依赖种级最近现生亲缘（NLR）推断，且未系统利用植硅体与孢粉；定年手段虽从K-Ar、Ar-Ar进展到CA-ID-TIMS U-Pb，但Fields Creek等主化石点仍无可靠年龄约束。为此，研究人员在《Journal of Paleontology》发表本文，通过新定年、贝叶斯建模与多指标古植物分析重审Mascall植物群的时代、植被结构与气候，并探讨喀斯喀特山脉隆升与雨影演化。

主要技术方法

研究人员在2009、2021、2022年野外季于Mascall组模式区（John Day河南岸）、North Mascall Ranch、Fields Creek地区（Van Horn’s Ranch、White Hills、Fields Creek roadcut）采集大化石、植硅体及孢粉岩样，并在White Hills与Ferris Creek采获凝灰岩进行U-Pb定年。锆石经重选、磁选、退火及化学磨蚀后采用CA-ID-TIMS（化学磨蚀同位素稀释热电离质谱）获取²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄。年龄-深度建模并行使用Bacon（适用于岩性均一的湖相剖面）与改进BChron（适用于岩性多变的全组剖面）两种贝叶斯马尔可夫链蒙特卡洛模型，将新获White Hills凝灰岩年龄（16.131±0.011 Ma）及已发表的Mascall Tuff、Kangaroo Tuff U-Pb年龄与磁极性年表作为似然约束。大化石方面建立形态型框架并赋予置信度评分，植硅体按功能型（PFT）分类统计至200粒诊断类型，孢粉按标准流程计数300粒以上陆地花粉，气候重建联合叶生理形态（LMA、LAA、CLAMP、DiLP）与属级Bioclimatic Analysis集合蒙特卡洛模拟。

研究结果

地质背景：Mascall组不整合覆于Picture Gorge玄武岩之上，分下、中、上三段，主化石点集中于Fields Creek下段的硅藻页岩与褐煤页岩。

地质年代学：White Hills凝灰岩12颗锆石加权²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄16.131±0.011 Ma；Mascall Tuff样品5颗协和锆石年龄15.302±0.015 Ma。Bacon模型给出White Hills剖面顶界16.040±0.106 Ma，普查采集层位历时约3300年；BChron模型约束全组底界16.295（+0.607/-0.159）Ma、下中界15.346 Ma、中上界14.413 Ma、顶界12.913 Ma，整体落入MCO框架内。

植物大化石：修订形态型83个，White Hills普查以Carya bendirei、Quercus pseudolyrata、Taxodium dubium为主（占58.6%），含Ginkgo、Metasequoia、Glyptostrobus、Liquidambar、Acer等，多样性介于温带与热带湿润落叶林之间，高于内布拉斯加Kilgore植物群。

植硅体：森林指示型（FITOT = PALM+ZINGI+Other FI）占58–90%，见棕榈与姜目螺旋竹芋科（Costaceae）类型；禾本科短细胞植硅体（GSSCP）中下层以PACMAD型为主、上层以Pooideae为主，证明森林背景中夹杂草丛斑块而非连续草原。

孢粉学：补充Gray（1958）记录，以落叶阔叶树花粉为主，未见草原化信号。

古气候：集合叶生理与Bioclimatic Analysis得MAT偏高、MAP充足、最干月降水（DMP）不极端，属温暖温带湿润、夏季干旱弱的everwet式气候，无现代完全对应群落。

讨论与结论翻译

讨论指出，Mascall植物群不支持晚渐新世—早中新世John Day地区已存在半干旱开阔生境并单向推进至OHT的假设；中中新世气候回湿，PNW背风区郁闭森林持续，OHT被推迟到Mascall沉积之后。喀斯喀特山脉东侧喜湿植物群存续，说明当时山脉尚未达生成强雨影的海拔。大化石近水低地偏倚不足以解释全区信号，因植硅体与孢粉同样支持森林主导。

结论：Mascall组底界约16.13 Ma，植物群生于MCO期温暖湿润、夏季干旱极微的落叶冠层森林中，夹棕榈、姜目与干扰性草丛；该配置不同于同期落基山—大平原开阔生境，证明PNW单向OHT延迟，且喀斯喀特山脉中中新世尚未形成现代式雨影。多指标（大化石+植硅体+孢粉+U-Pb+Bayesian建模）方案有效解析了PNW古气候与古植被结构，为理解高CO₂暖世生态系统提供参考。