Neue Entdeckung! Neue Zeitgrenze für die Yanliao-Biota: eine Lebenslegende, die sich über Dutzende Millionen Jahre erstreckt

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Zou Zuyang (Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um das Geheimnis der wissenschaftlichen und technologischen Arbeit zu lüften, hat Chinas Spitzentechnologieprojekt eine Artikelserie mit dem Titel „Ich und meine Forschung“ gestartet und Wissenschaftler dazu eingeladen, eigene Artikel zu schreiben, ihre wissenschaftlichen Forschungserfahrungen zu teilen und eine wissenschaftliche Welt zu schaffen. Folgen wir den Entdeckern an der Spitze von Wissenschaft und Technologie und begeben wir uns auf eine Reise voller Leidenschaft, Herausforderungen und Überraschungen.

Das Anthropozän ist nur ein kurzer Moment im langen Fluss des Lebens auf der Erde. Lange vor dem Aufkommen des Menschen gab es viele brillante und allmählich verschwindende Epen des Lebens, von denen die Dinosaurier die bekanntesten sind. Dank gut erhaltener fossiler Materialien sind Wissenschaftler in der Lage, Teile der Geschichte zu rekonstruieren.

Seit den 1990er Jahren sind die Jurazeit und die Dinosaurier durch die Veröffentlichung einer Reihe von Filmen wie „Jurassic Park“ und „Jurassic World“ eng miteinander verknüpft.

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Mein Land ist ein Land der Dinosaurier. Die „Yanliao-Biota“ mit ihren Hauptverbreitungsgebieten im Südosten der Autonomen Region Innere Mongolei, im Norden der Provinz Hebei und im Westen der Provinz Liaoning wurde in den Jura-Schichten entdeckt. Dabei wurden zahlreiche wunderschön erhaltene Fossilien verschiedener Kategorien freigelegt, die für uns ein wichtiges Fenster zum Verständnis des terrestrischen Ökosystems des Mesozoikums darstellen. Es ist von großer Bedeutung für das Verständnis wissenschaftlicher Fragen wie der frühen Evolution der Säugetiere, der ersten gefiederten Dinosaurier und der Entstehung der ersten Insekten und Angiospermen.

Die Yanliao-Biota ist in den Seeschichten mehrerer vulkanischer Sedimentbecken verteilt. Die Seeschichten, die hauptsächlich aus Sandstein und Schiefer bestehen, sind mit mehreren Schichten vulkanischer Asche (Tuff) durchsetzt. Vulkanasche ist ein ideales Datierungsobjekt für die Erdgeschichte. Es handelt sich um die Trümmer, die bei explosiven Vulkanausbrüchen entstehen. Es wird aus dem Krater in die Atmosphäre ausgestoßen, von der Atmosphäre transportiert und dann in verschiedenen Umgebungen abgelagert, wo es konserviert und zu Gestein verfestigt wird. Der gesamte Prozess ist sehr kurz und kann als ein Moment in der Erdgeschichte betrachtet werden, und sein Alter kann als absolute Zeit verwendet werden, um geologische Ereignisse einzugrenzen.

Repräsentative Becken der Yanliao-Biota

Ich bin Doktorand im Team von Akademiker Xu Yigang am Guangzhou Institute of Geochemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Mein Hauptforschungsobjekt ist die vulkanische Aktivität während der Jurazeit am Nordrand des Nordchinesischen Kratons. Angesichts des engen zeitlichen und räumlichen Zusammenhangs zwischen der vulkanischen Aktivität im Jura und der Entwicklung der Biota in der Region konzentrierten wir unsere Aufmerksamkeit auf vulkanische Gesteinsproben, die mit der Biota von Yanliao in Zusammenhang stehen, in der Hoffnung, eine genaue Altersskala zu erstellen, die regional verglichen werden kann. Durch die Untersuchung früherer Studien zur Yanliao-Biota stellte der Autor fest, dass sich ihre Diskussionen über ihre Ära auf die beiden repräsentativsten Becken konzentrierten, nämlich das Ningcheng-Becken in der Inneren Mongolei und das Jianchang-Becken in Liaoning.

Anders als beim Jianchang-Becken, bei dem ein eindeutiges stratigraphisches und chronologisches Verständnis vorliegt, sind das Alter und die stratigraphische Zugehörigkeit der vulkanisch-sedimentären Schichten, die die Biota im Ningcheng-Becken beherbergen, ungeklärt. Es gibt viele Meinungen dazu, darunter die Klassifizierung als Jiulongshan-Formation oder Haifanggou-Formation des Mitteljura, als Tiaojishan-Formation des Mittel- und Oberjura und als Yixian-Formation der Unterkreide.

Wir glauben, dass die Hauptgründe für die oben genannten Meinungsverschiedenheiten in der unklaren Beziehung zwischen den Fossilienschichten im Ningcheng-Becken und der darüber liegenden vulkanischen Lava sowie im Fehlen direkter Daten zur Datierung der Fossilienschichten liegen.

In den letzten Jahren hat Ningcheng eine Reihe von Bentonitminen erschlossen und damit Chinas größte Produktionsstätte für Bentonit-Katzenstreu errichtet. Dabei wurden viele neue geologische Abschnitte freigelegt, die uns eine gute Grundlage für das richtige Verständnis der Kontaktbeziehung der Schichten bieten.

Abschnitt der Drei-Provinzen-Grenzmarkierung auf der Westseite des Ningcheng-Beckens

Bildquelle: Ma Qiang

Rekonstruktion der stratigraphischen Abfolge der Yanliao-Biota

Als Antwort auf diese wissenschaftliche Frage haben wir gemeinsam mit Experten des Instituts für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, des Instituts für Wirbeltierpaläontologie und Paläoanthropologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Nanjing-Instituts für Geologie und Paläontologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften detaillierte Felduntersuchungen im Ningcheng-Becken in der Inneren Mongolei durchgeführt und viele Abschnitte mit klaren Kontaktbeziehungen untersucht. Unter der Anleitung des Forschers Xu Yigang und des Professors Ma Qiang von der Wuhan University of Geosciences haben wir das Gebiet neu kartiert und festgestellt, dass die Juraschichten im Ningcheng-Becken von unten nach oben in vier Gesteinseinheiten unterteilt werden können. Wir haben die frühen und späten fossilhaltigen Sedimenteinheiten identifiziert, und zwar ist die frühe Fossilienschicht eine seefazielle tuffhaltige Sedimentschicht unter dem Vulkangestein, und die späte Fossilienschicht ist eine Sedimentzwischenschicht im Vulkangestein.

Abschnitt des Guanzaishan-Bergs auf der Ostseite des Ningcheng-Beckens

Bildquelle: Ma Qiang

Darüber hinaus stellten wir fest, dass die Juraschichten im Becken diskordant auf dem alten Grundgebirge des gesamten präkambrischen Systems liegen und dass die Schichten ungleichmäßig im Raum verteilt sind. Die Schichten auf der Ostseite sind relativ intakt, während auf der Westseite nur frühe Fossilienschichten erhalten sind. Dies könnte bedeuten, dass sich das Sedimentzentrum im Laufe der Geschichte allmählich nach Nordosten verlagert hat. Diese geologischen Veränderungen sind der Hauptgrund, warum stratigraphische Vergleiche heute schwierig sind.

Ein handgezeichnetes Diagramm des Diskordanzkontakts von Professor Meng Qingren im Feld

Quelle: Fotografiert vom Autor

Bestimmung des geologischen Alters der Yanliao-Biota

Auf dieser Grundlage haben wir weitere Tuffproben aus der Fossilienschicht des Ningcheng-Beckens und der angrenzenden vulkanischen Lava entnommen. Zirkon, ein in Tuff und vulkanischer Lava enthaltenes akzessorisches Mineral, ist aufgrund seiner stabilen physikalischen und chemischen Eigenschaften und seiner hohen Verschlusstemperatur, die das geschlossene U-Pb-Zerfallssystem erfolgreich bewahren kann, eines der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Mineralien in der Isotopen-Geochronologie.

Einige Zirkonbilder von Datierungsproben (Ovale stellen Ionensondenpunkte dar)

Quelle: Fotografiert vom Autor

Das U-Pb-Zerfallssystem bezieht sich auf die Tatsache, dass das radioaktive Isotop von Uran instabil ist und sich nach einer Reihe von Zerfällen schließlich in das stabile Bleielement verwandelt. Während der Zerfall auf mikroskopischer Ebene zufällig erfolgt, ist die Zeit, die das radioaktive Ausgangselement benötigt, um auf der makroskopischen Ebene auf die Hälfte seiner ursprünglichen Menge zu zerfallen, festgelegt (Halbwertszeit). Diese wird nicht von den Umgebungsbedingungen beeinflusst und hängt nur vom Element selbst ab. Wenn wir dieses Verhalten radioaktiver Isotope verstehen, können wir mithilfe des aktuellen Isotopenverhältnisses des Minerals (es muss ein geschlossenes System sein) die Zeit, die es bis zum heutigen Tag gedauert hat, bis das Mineral zerfiel, rückwärts schätzen. Die Halbwertszeit von Uran ist sehr lang, weshalb es sich für die Datierung alter Proben eignet. Mithilfe der hochpräzisen Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) konnten wir schließlich das Alter der geologischen Proben ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass die vier Gesteinseinheiten im Ningcheng-Becken von unten nach oben allmählich jünger werden, was mit stratigraphischen Beobachtungen übereinstimmt.

Durch Vergleiche mit den nahegelegenen Becken Jianchang sowie Luanping und Beipiao haben wir herausgefunden, dass die Yanliao-Biota in Nordchina mehr als 11 Millionen Jahre alt ist und ihre Entwicklungsstadien in zwei Perioden unterteilt werden können, wobei die erste vor 167–163 Ma (Millionen Jahre) liegt und die zweite zwischen 161 und 156 Ma liegt. Ersteres wird durch die frühen Fossilienschichten im Ningcheng-Becken repräsentiert, Letzteres durch die späten Fossilienschichten im Ningcheng-Becken und die Fossilienschichten im Jianchang-Becken.

Diese Studie über die Yanliao-Biota stellte nicht nur eine klare stratigraphische Abfolge wieder her, sondern definierte auch den Zeitraum dieser paläontologischen Gemeinschaft neu und legte damit eine solide Grundlage für ein tieferes Verständnis der Evolution jurassischer Organismen.

Vielleicht werden wir in naher Zukunft in den interdisziplinären Forschungsfeldern der Paläontologie, Paläoumwelt und Geochemie sehen, wie die Yanliao-Biota den Wissenschaftlern dabei helfen kann, den Evolutionsprozess und die Entwicklungsgesetze des Lebens auf der Erde aufzudecken und wie tiefe geologische Prozesse die Reaktion flacher ökologischer Umgebungen beeinflussen, und so Inspiration für den aktuellen Umwelt- und ökologischen Schutz liefern kann.