地层深处的呼唤

乌达地区3亿年前的“植物庞贝城”

“植物庞贝城”是位于中国内蒙古自治区乌海市乌达区贺兰山西北角五虎山矿区的一处远古森林遗址，保存面积大约20平方公里，原始森林生长时间为3亿年前。2012年2月，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王军博士宣布成功复原了这处远古森林的三维图，实际复原面积1000多平方米。由于植物标本保存条件的限制，此前人们所看到的地球历史上远古森林的复原图均为“概念性复原”，都存在着巨大的时间和空间误差。此次实际复原1000多平方米面积的远古森林遗址在世界上是第一次。

专家现场勘查植物庞贝城

这片远古森林遗址由王军课题组和合作者美国宾夕法尼亚大学HermannPfefferkorn教授在内蒙古乌达煤田发现，由于它被火山喷发所埋藏，因而完整地保存了森林的群落结构，可鉴定其植物类群组成、树木的密度分布、森林的分层结构等。这与意大利“庞贝城”的保存原理相同，因此这处远古森林遗址被称为“植物庞贝城”。

经过十多年的研究，科学家对1000多平方米面积的远古森林面貌进行了三维重建，发现其植被由石松类、有节类、瓢叶类、蕨类、原始松柏类、苏铁类等六大植物类群组成。按照达尔文的进化论，更高等的生物总会比低等生物更能适应环境的变化，但是在“植物庞贝城”，却有了一个颠覆性的发现，那就是在有些地区，高等的裸子植物居然被低等的孢子植物“赶尽杀绝”。此外还有一个令科学家惊奇的发现，这里存在一种已经灭绝的孢子植物——瓢叶类拟齿叶的完整树冠标本。对“植物庞贝城”的研究说明了复杂性瓢叶类植物能够在局部区域占据统治地位，并让科学家了解到高层植被科达与封印木是不能在同一生态环境下共同生存的。此次发现肯定了华夏植物群（今中国及其他东亚地区）、欧美植物群（今北美地区和欧洲）的植被无论从植物类群上还是生态习性上都存在着显著差异。此植物群生长时所处的气候背景是地球由冰室向温室过渡，因此这项研究对探测现代植被随气候变换而变化的趋势具有重要参考价值。

植物化石标本

乌达煤田煤层自燃了50多年，2003年由于灭火工程，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王军博士来到这里，发现了这个地下“植物庞贝城”。通过多年研究，王军研究团队——来自十多个国家的30多位科学家们共同解读了整个植物庞贝城的信息，揭开了乌达地下植物庞贝城的整体风貌，并将2.98亿年前的森林“复活”。这个“植物庞贝城”在山腰，有66厘米厚的火山灰，上下都是煤层。王军博士团队完成了世界上迄今为止对地史时期陆地景观最大面积的植被实际复原研究，一共做了1100多平方米。

一般化石中的植物都是躺着的，但是，乌达的植物化石是“站着”的，很密集，每隔三五米就有一棵直立的植物树干，这里很可能像庞贝古城一样瞬间被埋人地下，凝固起来。科学家们推断大约3亿年前，内蒙古乌达大地上生长着一片生机盎然的原始森林。这里气候温暖湿润，长满了各种植物，树木高低错落，最高的有30多米，最矮的还不及人的脚踝。这些古老的植物，丰富而复杂，有的都叫不出具体的名字，但大家都相安无事“滋润”地生活着。可是，最终这种“安静”却被一场巨大的灾难性的火山喷发打破，让乌达的整片森林瞬间埋入地下。据说，这是一座“暴脾气”的火山，持续喷发了2天，厚厚的火山灰飘到了这片森林里，所有的树木瞬间被“封”住了。这一切和1713年考古学家发现的意大利“庞贝城”极其相似。

科学家通过测定火山灰的年代来判断植物的年龄，距今约2.98亿年。“植物庞贝城”完整、真实的保存和展示，与火山这种灾难性事件的突发是密切相关的。火山爆发是灾难性的，但是它却可以特定保存下景观、生态，对古生物学来讲是很难得的。通常生活状态下的植被，大部分因为风吹雨淋自然死亡，被空气氧化并最终消失，剩下的一小部分因为种种“机缘巧合”与空气隔绝，经过冲刷、搬运、埋藏，形成了化石。而乌达的植物化石是瞬间埋人地下的，状态凝固，这种情况全世界也不多见。现在人们看到的博物馆里的远古时期森林复原图，包括教科书里的复原图都是虚拟的，那些复原图都只能说是概念性的复原，这种概念性复原不论从时间上还是空间上来讲都存在很大的误差，而王军博士团队对2.98亿年前乌达森林的实际复原，是世界上迄今为止唯一一张实际复原图。从大量的化石照片可以看出，几十种植物的叶片、树干，经络分明、栩栩如生，依然呈现着它们在3亿年前的生活样貌。

乌达“植物庞贝城”的研究还有一个意义：揭示了华夏植物群生态环境的特殊性，为我国古生物学家们提出的与欧美植物群相区别的华夏植物群的概念，提供了证据。

乌达地区的植物化石标本

2.7亿年前的“大树”——乌达地区乌达五虎山硅化木

硅化木是树木，一般是树干被迅速埋藏，在成岩作用下石化（一般是硅化）而形成的。

硅化木也被称为木化石。数亿年前的树木因种种原因被深埋入地下，在地层中，树干周围的化学物质如二氧化硅、硫化铁、碳酸钙等在地下水的作用下进入到树木内部，替换了原来的木质成分，保留了树木的形态，经过石化作用形成了木化石。因为所含的二氧化硅成分多，所以，常常被称为硅化木。这种替换作用非常精确，不仅如实体现出外部形状而且还体现出内部构造，有时甚至可以确定细胞构造。这种替换的专业词叫“交代作用”，是指同时发生溶解作用和沉积作用从而使一种矿物取代另一种矿物的过程。硅化木的形成是硅取代木纤维的过程。

硅化木从古生代石炭纪开始（始于距今3.55亿年）到中生代白垩纪（结束于距今6500万年）之间均有分布。到21世纪为止发现最早的硅化木是石炭纪早期的裸蕨植物化石，最新的为6500万年前白垩纪晚期的硅化木。

硅化木形成的主要原因是远古的森林在自然力量作用下被大量埋入地底，木头在高压、低温、缺氧的地质环境下浸泡于二氧化硅饱和溶液中，树木中的碳元素逐渐被二氧化硅交代，并保留树木的原始形态及构造特点，纳入围岩的微量元素，形成五彩斑斓的色泽，从而形成硅化木。

硅化木也是化石的一种，它保留了古代树木的某些特征，为我们研究古植物及古生物史和地球地质、气候变化提供了线索。

1990年6月，乌达地区原乌达矿务局五虎山煤矿五采区，挖掘出一棵特大硅化木，其地表出露长14.5米，直径1.5米，全长38米（也有记载为41米）。当时经专家测定，该硅化木形成于石炭纪晚期，距今约2.7亿年，是当时内蒙古地区发现的最大的硅化木化石。

目前，五虎山煤矿小公园竖立摆放部分实物，供居民观赏。

五虎山硅化木

乌达地区1.4亿年前的植物“大熊描”——四合木

四合木（拉丁学名：TetraenamongolicaMaxim.），蒺藜科，落叶小灌木，是中国特有子遗单种属植物，草原化荒漠的群种之一，为强旱生植物。是最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物，被誉为植物“活化石”和植物中的“大熊猫”。其分布范围非常狭窄，四合木起源于1.4亿年前的古地中海植物区系，在我国只有宁夏、内蒙古交界的麻黄沟地区有较大范围野生分布。在内蒙古地区有分布，零星散见于俄罗斯、乌克兰部分地区，是国家二级保护植物、内蒙古一级保护植物。目前，《国家重点保护野生植物名录》（第二批）已将四合木确定为国家一级保护植物。

1998年出版的《中国植物志》第43（1）卷中，对四合木的介绍是：灌木，高40—80厘米。茎由基部分枝，老枝弯曲，黑紫色或棕红色、光滑，一年生枝黄白色，被叉状毛。托叶卵形，膜质，白色；叶近无柄，老枝叶近簇生，当年枝叶对生；叶片倒披针形，长5—7毫米，宽2—3毫米，先端锐尖，有短刺尖，两面密被伏生叉状毛，呈灰绿色，全缘。花单生于叶腋，花梗长2-4毫米；萼片4，卵形，长约2.5毫米，表面被叉状毛，呈灰绿色；花瓣4，白色，长约3毫米；雄蕊8，2轮，外轮较短，花丝近基部有白色膜质附属物，具花盘；子房上位，4裂，被毛，4室。果4瓣裂，果瓣长卵形或新月形，两侧扁，长5—6毫米，灰绿色，花柱宿存。种子矩圆状卵形，表面被小疣状突起，无胚乳。花期5—6月，果期7—8月。

四合木

四合木具有极高的保护、科学研究和观赏价值，是非常珍贵的“天然史书”。是内蒙古自治区境内唯一的特有属植物，也是阿拉善荒漠特有的单种属植物，全世界只在乌海地区作为建群种和优势种形成群落，是研究古生物、古地理及全球变化的极好素材，是植物中的“大熊猫”，现在受到国内外学术界高度重视。

由于四合木青鲜时易燃烧，烧时出油，当地群众称之为“油柴”。因此常被大量樵采，破坏严重。该种为残遗种，现已被列为国家一级保护植物。

四合木保护区1995年经内蒙古自治区人民政府批准建立，1997年晋升为国家级保护区，主要保护对象为四合木、半日花等古老残遗濒危植物和荒漠生态系统。乌海市及周边地区，仅存有100平方千米左右。

乌达地区在20世纪三四十年代，四合木遍地都有，当地的农牧民为了引火取暖、做饭，就地取材当作柴火烧。尤其是在20世纪50—80年代，随着乌达区人口的大量增加，烧火柴需求量不断扩大，致使四合木濒临灭绝。

1995年以后，乌达区对市民以及周边地区的牧民进行“四合木保护”广泛宣传，局面得到了一定的控制。

2000年以后，随着乌达区城市化进程的不断加快，乌达区认真组织实施《乌海市城市总体规划》，以及旧城区、棚户区搬迁改建，不断完善城市功能，改善环境，矿区居民有步骤地整体搬迁，平房渐渐减少；居民集中供暖、天然气入户面积覆盖整个乌达区，这样从根本上减少和杜绝了对四合木的人为毁坏。加之乌达区政府“创建全国文明城市”“我爱我家”“保护环境、做文明市民”等大型活动的宣传力度不断增加，市民对四合木的保护意识渐渐增强，四禾木又慢慢开始恢复，单棵数量逐渐增加。

目前，随着乌达区西山绿化工程的实施，政府加大了城市绿化的投入，引水上山，滴灌造林，五虎山至苏海图沿山东麓山坡，树木葱葱郁郁，环境有了明显改善，四合木生长恢复良好。相信在乌达区“打造宜居城市，创建生态旅游区”的城市建设中，四合木的保护和恢复一定会取得更为良好的效果。

乌海周边地区四合木

乌达地区200万年前生存的大象

1987年8月14日，乌海市乌达区原乌达国有农场下设砖瓦厂白泥沟，即现神华东路与滨河大道丁字路口西南，位置东经106°43’，北纬39°31’，在地形上属内蒙古高原西部，贺兰山余脉北端东麓，黄河西岸，乌兰布和沙漠东南边缘，工人在取土作业时，偶然挖出来了古象遗体化石。这是乌海市首次发现古象遗体化石。化石现珍藏于乌海市博物馆，成为乌海市博物馆镇馆之宝。

《乌达区志》记载：“据内蒙古博物馆古生物研究专业人员考证，该象大约生活在更新世早、中期，距今约200万年前。”隶定为纳玛古菱齿象。据原内蒙古博物馆研究专家郭殿勇、原乌海市文化局副局长梁振华所撰《乌达古菱齿象化石》一文介绍：乌达地区早、中更新世哺乳动物化石一直没有确切的依据，乌达古菱齿象化石的发现，给该区早期河湖相地层的存在增添了生物见证，为进一步研究该时期古黄河流域的古气候、古地理及古菱齿象类的分布开辟了新的途径。

化石是埋藏在地层里的古代生物的遗物。最常见的化石是由牙齿和骨骼形成的。古代动物死后，尸体的内脏、肌肉等柔软的组织很快便会腐烂，牙齿和骨骼因为有机质较少，无机质较多，却能保存较长的时间。如果尸体恰好被泥沙掩埋，与空气隔绝，腐烂的过程便会放慢。泥沙空隙中有缓慢流动的地下水。水流一方面溶解岩石和泥沙内的矿物质，另一方面将水中过剩的矿物质沉淀下来或成为晶体，随着水流会逐渐渗进埋在泥沙中的骨内，填补牙齿和骨骼内有机质腐烂后留下的空间。如果条件合适，由外界渗进骨内的矿物质在牙齿和骨骼腐烂解体之前能有效地替代骨骼原有的有机质，牙齿和骨骼便完好地保存成为化石。由于化石中的大量矿物质是极为细致地慢慢替代其中的有机质，所以能完整地保存牙齿和骨骼原来的形态，连电子显微镜才能看清的组织形态都能原样保存。天长日久，骨骼的重量不断增加，由原来的牙齿和骨头变成了还保存牙齿和骨头原有的外形和内部结构的石头，这个过程被称作“石化过程”。

乌海古菱齿象化石

根据专家对挖掘出的乌达古菱齿象各个部位骨骼的测算，以及出土区域土质的化验分析，并与其他国内外地区已出土的森林象、黄河象、诺氏古菱齿象、松花江猛犸象等标本的分类对比，经过专家的多次讨论和大量科学数据的验证，乌海标本的主要特征，与纳玛象相一致，最终确定为纳玛古菱齿象。

古菱齿象是生活在距今20万至1万年的晚期更新世的大型哺乳动物，是有史以来最大的大象，成年古菱齿象体重可达10—14吨。其主要活动区域是在华北、华东等地区。这类象的臼齿磨蚀到一定程度后，齿板的中央就会扩大呈菱形，因此而得名。一般在河道中较为多见，可能是古菱齿象死后被河流、雨水冲到河道中的，也有可能是年老体弱的古菱齿象，在河边喝水时死去后倒在河道中，被淤泥和沙子迅速掩埋形成化石。

生物尸体如果暴露于空气中，会受氧化作用或被其他生物吞食而遭破坏，即使是硬体部分，天长日久，也会被风化和毁坏。因此，生物死后，必须要有某种沉积作用将其迅速掩埋，才能较好地保存。凡是生物繁盛而地质沉积作用急剧进行的地区，化石就比较多。我国甘肃东部、山西西北部、河南西部、陕西等地的地层多数在河湖中形成，由于动物的遗体埋在水底，盆地周围的沉积物不断覆盖，几经沧桑变迁，河湖干涸，沉积物变成坚硬的石头，并且暴露到地表。因此，我们有理由相信，乌达地区在远古时代必是树木林立、水草丰美、湖泊满地的仙境。

纳玛古菱齿象是高齿冠，适合咀嚼坚硬的植物。主要生活在气候温暖湿润、水草繁茂的环境，与现在的陕北黄土高原气候环境相差较大。因此，该纳玛古菱齿象化石的发现，不仅对查明晚更新世纳玛象在我国的分布，而且对研究陕北黄土高原地区气候环境的演变都具有十分重要的意义。同时，也能够为研究象类的演化历史，推断乌海地区的古气候和古环境提供重要依据。