德国东部石炭、二叠系野外行

刘 俊

德国东部石炭、二叠系野外行

刘 俊

编者按本文是刘俊研究员2015年投给编辑部的一篇稿子。当时，以及一直以来，更加适用于当期的稿件都被排满（其中也不乏刘俊提供的新稿），所以始终没有用上这篇。由于本稿实际上依然能够为读者提供诸多打开眼界、丰富知识的内容，而且那些体现地质学、古生物学方面知识的内容也不会因时间的流逝而“贬值”，因此编辑部在本期《化石》杂志中还是“像发掘化石一样地”把这篇稿子在本期刊登出来，以伺读者。

2014年，第74届国际古脊椎动物学会年会在德国召开，我从未踏足这片土地，希望趁参会之机到著名的化石地点看看。组委会安排了几条会前考察路线，我对石炭、二叠系的路线以及涵盖索伦霍芬、梅塞尔等世界级的经典化石产地的路线都有兴趣。我还在犹豫该如何选择，谁知在七月注册时已经没有了选择：后一条已经爆满，还已经有候补的排队了，于是直接选了前一条路线。

萨克森州中部野外行

我11月1日到达柏林，2日一早到指定地点等候，不见同行的人，心中有些打鼓，因为没有与野外领队联系过，害怕此行因人少而取消，在柏林的几天就不好安排了。几分钟后见有别的人过来一起等候，也就放心了。快8点，人齐了，只有8个，刚达到这条路线的最低要求。有人举年会标志过来，知道找到组织了，上车，正好坐满一个车。柏林天气由阴转晴了，气温也合适，正是秋高气爽之时。出发时外面还有些凉，车窗玻璃上不一会儿就凝结满呼吸的水汽。后来渐渐暖和，大家衣物也少了，还让司机通气降温。从柏林出发，路边有密密的次生林，树叶金黄。一路地势平缓，在冰期时这里曾经被厚厚的冰川覆盖过。往南慢慢出现大片青青的草地，有些边上还有打好成捆的牧草；后来也见到一片片的农田，有些明显是刚收割了玉米。

10点不到就到达森肯伯格(Senckenberg)博物馆位于德累斯顿城郊的研究所，正好是休息日，见不到几个人，非常安静。这次野外负责人Jörg W. Schneider和他的学生们在这里等着我们。到后来我们才知道野外其他负责人都是他过去和现在的学生。Jörg开始是研究昆虫的，后来做得就比较杂了，他对中欧二叠系沉积盆地很熟悉。他首先介绍了这一带的人文历史、这里居民的历史沿革，说由于18、19世纪中欧经济发展，增加对铁矿、煤矿的采掘，才带动了地区的发展。由于采矿，这里很早就开始了1:25000地质填图工作。他重点介绍了这一带石炭-二叠纪的地质发展史：早石炭世欧美大陆与冈瓦纳大陆相撞，在中欧一带形成一系列的盆地；盆地被造山带剥蚀而来的陆源物质填充。这些盆地在早中二叠世有长期的沉积空缺，晚二叠世（乐平期）一次广泛的海进淹没了这一地区。我见地图上这个地区广泛出露三叠系，问是否就是主要的三叠系出露区域。历史上三叠纪名称就是因为德国这一时期地层岩性明显的三分而来，包括红层斑砂统、壳灰统以及杂色层考依波统。

Jörg介绍当地石炭-二叠纪的地质发展史

二叠系野外露头以及发现的化石

之后我们进入了楼内，这里是隶属于法兰克福的研究中心，仅是一个分支，主要研究现生以及化石生物的多样性，有标本库，但是没有永久性的陈列，不过走廊里摆了一些标本。一进门左手边就见到一窝来自河南省西峡的恐龙蛋，右手则是手兽足迹的造迹动物假想图。在我国贵州贞丰中三叠世也发现过手兽足迹。在库房门口是早年做的这一带各个地质时期复原图，不过没有二叠纪的。进入库房，早已专门为我们摆出了一些化石，化石产自Doehlem盆地的下二叠统。两个学生为我们先讲解了一下化石类群，然后我们才参观，主要是一些小型的两栖类。大家粗粗看过后，对边上精美的鱼化石更感兴趣，尤其是罕见的保存有骨骼的完整大型鲨鱼。结束后又在外面参观其他展品，包括一种已经绝灭的大型海牛的骨架，这一带的无脊椎动物化石、巨型菊石，以及保存精美的侏罗纪海生鳄类和大型鱼龙。

银矿的工棚以及附近的矿井，现在是遗址博物馆

地质调查所收藏的早二叠世的脊椎动物化石

鲨鱼卵囊化石（左）以及复原的模型（右）

分发了午餐就上车开往化石点。就在不远处一个小镇边，停车后沿废弃的铁轨走上十分钟就到了。由于这一带植被覆盖好，以前好多露头都是开矿暴露出来的。这里也仅有小小的一片灰岩裸露出来。这一带煤以及火山灰非常多。这个层位的化石是19世纪开采灰岩发现的，化石在灰岩中，常呈红色，很丰富。我们这次也敲出了一个漂亮的两栖类个体。很出人意外的是这个盆地里别说完整的鱼，连一个鱼鳞都没有发现过。这不太可能是因为稀少而未被发现，要有的话一百多年的采集也应该有所发现；也不像是没有保存下来，因为两栖类化石埋藏环境也适合鱼类保存，应该是另有原因。但是在距离几十公里外的另外一个盆地同期却有种类多样的鱼化石。于是有了各种猜测，有的学者怀疑与频繁的火山活动有关，这里水体不与别的水系联通，而曾经可能有过的鱼类早被频繁喷发的火山杀死，而两栖类则是后来才迁徙而来。还有就是认为这个盆地海拔高，与下面的盆地水体被大的落差隔开，鱼类无法溯流而上。

下一站到达了小镇弗莱贝格（Freiberg），这是一个大学城，现有4万多人，其中6千多是学生。这个小镇建立于1186年，长期以来是铁矿山采矿业的中心。由于采矿发展起来，到1969年都是以采矿以及冶炼为主。近些年停止了采矿，转向半导体以及太阳能产业。1765年成立了采矿学院，是世界上历史最悠久的矿业工程学院。在以前的矿工的工地处（491米）可以俯瞰全镇。一百多年前的采银矿的矿井以及工厂由于没钱新建而保留下来成为了历史文物。

我们先到地质调查所，这里收藏有大量地质文献、图片、岩芯、岩石样品与化石。在这里看早二叠世的脊椎动物化石，主要有两栖类Acanthostomatops vorax最大的标本和Onchiodon labyrinthicus最大且完整的标本之一，以及6个完整保存在一起的亚成年下孔类盘龙Pantelosaurus的标本。这些盘龙应该是死后经过短距离搬运，死因与火山活动有关；但是具体的埋藏过程需要进一步研究。

我们在旅馆把东西放下，稍事休息后穿镇而过，去弗莱贝格工业大学。中间在镇中心的小广场（见题图）驻足。Jörg介绍当年他们是学生时候偷偷爬到狮子背上（当时要收费的），等对面的警察局里警察发现跑出来后一哄而散，四散逃窜让警察抓不到。四周房屋屋顶都很陡，因为这里冬天雪大，避免积雪太多。路上有家特色的餐馆，听说有20多种啤酒；见到一家卖中国、美国、巴西化石、矿物的小店。路过Freudenstein古城堡，这个城堡经过翻新，现在收藏有2004年有人捐献的全世界私人收藏的最好的矿物标本。在地质研究所门口有一块来自Tambach的阔齿龙类的足迹化石。今晚在门口进行烧烤，来迎接我们。晚餐后我们主要听了这里的年轻人报告自己的工作，主题是吉尔吉斯斯坦三叠纪Madygen动物群。Madygen动物群包括了大量昆虫以及脊椎动物，脊椎动物有各类淡水鱼类，如龙鱼、包括鲨鱼的卵囊；以前就发现过长鳞龙、沙洛维龙等奇怪的双孔类。他们重点介绍了鲨鱼卵泡囊的研究，在这里有两种类型的卵囊在一起。他们这个团队在欧亚大陆多处进行工作，今年前不久刚刚到过新疆的二叠-三叠纪界线剖面，在吐鲁番桃树园还发现了一些水龙兽化石。我见到拍摄的照片，正是当初我们遗弃的。

德国早二叠世的“庞贝城”——开姆尼斯（Chemnitz)考察

采石场照片以及岩石形成的机理：火山喷发

采石场周围用当地石头建造的老房子

髓木树干与座延羊齿类叶相连

发现的动物化石：A)马陆印痕，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)巨型多足纲节胸属动物的足，比例尺1厘米；E)隐足螈（aistopod），比例尺1厘米；F)完整的爬行动物骨架，比例尺2厘米。

第二天开车到Chemnitz的一个采石场，这里从18世纪开始采石头，这种石头是很好的建筑材料，周围的老房子大多都是用它建起来的。在开采中发现了原位保存的硅化木。由于这里的硅化木色彩丰富，引起了收藏者的关注，当时有许多专门的人员搜索这种珍稀的石头。人们很早就认识到这是一个被火山灰瞬时埋藏的森林，保存了当时的生态系统。基于这个地点采集的标本命名了古植物学历史上早期的一些化石植物名称，晚古生代常见的一些植物属的模式地点都在这里，包括Psaronius（辉木），Tubicaulis,Calamites（芦木），以及Medullosa（髓木）。现在石头开采早已停止，地上被厚厚的落叶以及丛生的杂草覆盖，山头也是密密的丛林。在博物馆见到几十年前的照片，当时这里还有采石工人的房子。地质人员通过测制剖面，发现这层火山碎屑在这个地方的厚度远远大于周围，这里就是当初火山喷发的中心。通过锆石测年得知火山喷发大约在2.9亿年前。

周围很大一片区域都开发成了住宅区，近20多年在建筑施工中常常发现新的硅化木，但都是无意中发现的。为了取得第一手地质和化石资料，开姆尼斯自然历史博物馆选取未被人类活动扰动过的城中一片空地进行了三年半（2008～2011年）的系统发掘，目的是查清已经命名的器官属种的关系，重建植物群落，调查火山喷发如何影响生态系统。他们发掘面积是24×18平方米，深达5米以上，打格子如同文物遗址般一层层地手工发掘，并记录发掘到的化石的三维位置信息，并系统采集了岩石、地化样品。最后发现了原位保存的树干、树根，发现树叶、球果与茎相连。很多植物化石，树干定一个名称，叶子定一个名称，不同的器官给予不同的名称，发现这样的化石就能够解决同物异名问题。在落叶层发现了蝎子、蜘蛛、巨型马陆；但是没有昆虫，它们似乎在火山喷发之前就飞离了此地。更有价值的是发现的四足动物化石，其表皮印痕都保存了，但是骨骼却普遍保存不佳。化石都放到博物馆去了。我们问为什么不建个遗址博物馆，原地保存起来？答曰：“到下一个地点就知道了。”

后来他们又申请到欧盟的研究基金，进行进一步的工作。先购买下一小块地，建立了一个野外工作的台站，这样能够增加当地的知名度，吸引游客，带动地方经济发展。他们开始试掘了一小块，后来又用沙填回去，用以训练初来的学生，也让来参观的孩子能够尝试感受发掘的乐趣。目前的发掘进度是来自4个不同学校的学生发掘了三四个月的成果，纯手工打造，已经有几吨重了。在发掘工地边上建立了生活、工作区，冬天有暖气，不过屋子夏天有些闷热。发掘现场有摄像头，想了解的人可以在网上观看挖掘过程。目前这里每年仅在开放日对公众开放，以后这里应该能够成为一个遗址博物馆。

最后到博物馆看，主要就是看在前面两个地点收集的标本。这是一个很小的地方博物馆，但是有特色。一进门就是高耸的硅化木丛林，最高有20米以上。这是历史上收集的，新发掘的标本在一楼（德国说法）展出，主要是大量的硅化木。他们还制作了一个复原的场景，选取近似的植物种植在这里，重点突出2米多长的巨马陆。这里还收集了一些巴西侏罗纪的球果化石，保存得非常精致。我们作为古脊椎动物学者，对这个门类更关注，重点看了采集的四足动物。他们推测四足动物本来应该在树间追逐小昆虫之类，在火山喷发时从树上跌落下去才保存下来的。这里播放他们以前制作的短片，还原当年火山喷发的场景，用以解释这个二叠纪的庞贝城的形成过程。不过馆长说在获得第一手的发掘资料后，有必要对短片进行一些修正了。

发掘出来的一棵较完好的树以及一个硅化木的横切面（左下角）；在后面墙上是采石场的老照片

重点突出2米多长的巨马陆的复原场景

图林根（Thuringia）地区考察

驱车几小时到施洛伊辛根（Schleusingen），到达时天色已晚。沿着曲曲折折的小路我们来到了一个古老的Bertholdsberg城堡中，这就是现在的自然历史博物馆所在。城堡建于1226至1232年，是这一地区现存的最老的城堡。到1530年发展到有四翼9塔的和一个城堡的建筑群。这个情况已经持续了近五百年。本地各个地方博物馆重要的地质与生物藏品在1988年都汇集此处，这里能够提供更好的收藏条件。这个博物馆是当地重要的一个自然科学的教育中心，有自己的刊物，组织各种文化活动。我们先到楼上喝咖啡，穿过中世纪的药房，里面一间是布置相对现代的屋子。我在门口看见老式的手摇缝纫机，很有时空穿越的感觉。

站在展览入口，正面柜台上摆着恐龙的模型，是卖给来参观的孩子们的。旁边墙上就是最吸引人眼球的三条鲨鱼化石，顶上还有复原模型（图片见封底）。它们入选德国2011年度化石。左侧就是这里的特展——4亿年前的鲨鱼，展出了从泥盆纪到现代的软骨鱼类。鲨鱼化石主要保存为牙齿，鲨鱼是软骨鱼类，一般没有骨骼保存下来。这里牙齿最大的属于巨齿鲨，只凭牙齿就可以遥想曾经的霸主当年的威风。不过最有争议的还是旋齿鲨的牙齿，这种牙齿到底长在鲨鱼的哪个位置的争论从发现起就开始了。最近通过CT扫描，解决了这个历史上的谜团，文章发表在Biology Letters（DOI: 10.1098/rsbl.2013.0057）。他们同时提出旋齿鲨可能与全头类（银鲛）的亲缘关系比现代的鲨鱼更近。这里还展出了特异埋藏的一种琵琶鲼（Rhinobatos hakelensis），产于黎巴嫩白垩系（本期封面即这块化石的照片镜像）。另外还展出了多种现生鲨鱼标本，制作很精致。此外在水箱里养了两条小鲨鱼，平添了几分生气。

巨齿鲨牙齿

古生代的鲨鱼，上部中间为旋齿鲨牙齿的模型

展览还包括了“矿物——迷人的形态和颜色”。不过矿物展品在我眼里也就一般，有点意思的是这里有用各种石头加工首饰盒的传统，看上去很不错。展览也介绍了当地的采矿历史，展现了矿工工作的艰辛。例如在只有40厘米高的洞里干活，你可以在这里亲自体验一下。

博物馆的主要展览是“我们生活的生境的足迹——3亿年的图林根”，用化石以及复原场景展示了生物和环境的协同发展。展览布置注意古今结合，常将化石与现生代表放在一起。也注意让内容生动起来，布置了大量的生物复原以及场景再现。各个场景依据发现化石类群数量的多少而简繁不一，按时代早晚包括以下场景：(1)早二叠世（3亿年）湖泊河流以及沼泽，化石主要来自我们马上要参观的地点；(2)晚二叠世（2.58亿年）浅海、礁体和海岸，主要是鱼类化石，岸边还有原龙以及空尾蜥；(3)早三叠世（2.51亿年）河流，主要是遗迹化石，尤其是四足动物足迹；(4)中三叠世（2.4亿年）浅海，有大大小小的菊石、鱼类以及鳍龙；(5)晚三叠世（2.32亿年）早期河湖及沼泽与浅海，主要是巨型乳齿螈这一当时发展非常繁盛的动物，中期河流景观，重点展示板龙以及一个肉食恐龙的模型；(6)新近纪（24百万年）小火山口和落水洞湖；(7)更新世（2.4百万年）冷暖交替时不同景观。后两个场景都不大，主要是象和鹿的化石，其中有1957年发掘的猛犸象，按照原来保存姿态来布展。最后时间隧道通向现代，展示当地现代主要的野生动物以及各种类型的生境。在结束部分是假想的以后的考古学家发掘到现代留下的遗存的场景。

关于旋齿鲨牙齿位置的各种假说，最下方是最新的结论

博物馆中早二叠世森林景观

两栖类Apateon dracyiensis保存的不同类型

参观结束后我们在底层的化石修理室里聊天，喝啤酒。这里摆着一些近些年采集的标本，大多是从我们马上要参观的地点采集到的，我们提前在这里观察。利用这个机会Per讲述了他的小组利用欧盟的同步辐射研究早期四足类的骨组织结构，连肌肉附着点都可以清楚地推断出来。他希望欧洲的同行多利用这个设备，充分挖掘化石的信息。离开前我们每人得到一本博物馆展览介绍的书，可惜是德文的，只能看看图。

4日我们翻山穿过丛林来到第一个野外地点，当地的镇长以及两个化石采集者在这里等着我们。为了迎接我们的到来，已经提前请当地人把露头清理了，以方便我们的观察。这个地点植物化石的采集历史已经超过了300年，但是露头面积如此小，有些出乎我的意料。以前是在煤层的盖板的页岩中采化石，直到近30年才在本剖面的河流相沉积中发现脊椎动物化石，包括近30厘米的两栖类Onchiodon头骨以及一条完整的淡水鲨Bohemiacanthus。

第二个地点是Tambach附近的Bromcher采石场，这个地点在过去120年采石中发现了大约300块大型的带足迹的石板，这些足迹保存非常精美。这里有遗迹化石保存最理想的条件。已经发现的遗迹化石包括五个遗迹属，其中Ichniotherium占发现足迹总量的95%以上。近年来发现这个遗迹属包括两个遗迹种，而它们正好对应于在此地发现的两类阔齿龙（diadectids）的骨架。这是古生代第一个在物种级别鉴别出来的可信的造迹者。多年前在SVP会议上我就听过这一地点相关的报告，这也是我这次野外之行最想见到的地点。足迹与泥土龟裂的痕迹总是在一起。近20年在这里发现了保存精美的骨架，包括最早两足行走的波罗蜥类以及西蒙螈类、阔齿龙类、盘龙类。我们先驱车来到一个地点，我怎么看也不像是要参观的地点。原来这里在早二叠世时是火成岩岩壁中间冲刷出来的一个峡谷。出来不远就是冲积扇，我们看了红色的粗砾岩；而化石点位于冲积扇的边缘。在野外的岩石上随处可见雨迹以及龟裂纹，仔细看还有水逐渐干涸的记录。产出骨骼的层位并不是遗迹化石层位，而是之上的泥岩中。由于化石保存完整，推测不会搬运太远，基本近于原位保存。

最后要观察的是下二叠统的Goldlauter组，这个组化石非常丰富，有水生的无脊椎动物，如双壳类、介形虫、叶肢介、虾；昆虫，蜘蛛，马陆，还有脊椎动物中的鱼类、两栖类、四足动物足迹以及多种植物。早在1848年研究者已经发现了第一个四足动物足迹。我们要观察的地点是Tabarz附近正在施工的采石场。先取得管理者的许可，每个人在一份协议上签名，并且每人都头戴安全帽才进入采石场。有一个国家地质公园的工作人员在此与我们汇合，他也曾经是Jörg的学生，随身带了自己最近找到的漂亮的化石。我们在露头上很容易找到无脊椎动物的化石，不一会儿就发现了一些两栖动物幼体的化石。这里曾经有一块石板上有1500个两栖类幼体化石。这里的化石保存类型多样。我们发现的是黄铁矿化的，我还从野外得到一块，上面可见两个个体，因为德国对化石没有限制，我就带回国来了。

这次会前的野外考察圆满结束。我们一行8人都觉得不虚此行，很值得。