晚白垩世德干火山活动爆发对植物群和气候的影响：孢粉植物群及大植物群证据

《Palaeoworld》：Impact of the onset of Late Cretaceous Deccan volcanism on flora and climate: Palynofloral and megafloral evidence

德干火山活动中期地层古植物学与磁极性年代测定揭示东南部地层存在MaastrichtianChron30N年龄，挑战了该区域仅出露年轻火山层的传统认知，并表明火山活动初期有利于被子植物生态系统繁盛。

　　

班达娜·萨曼特（Bandana Samant）| 达南贾伊·马亨德拉库马尔·莫哈贝（Dhananjay Mahendrakumar Mohabey）| 萨蒂什·桑戈德（Satish Sangode）| 达什拉特·基桑吉·卡普盖特（Dashrath Kisanji Kapgate）| 阿比拉什·森（Abhilash Sen）| 阿努普·多巴莱（Anup Dhobale）| 苏拉布希·托卡尔（Surabhi Thaokar）| 内哈·塔克雷（Neha Thakre）| 阿卡什·卡兰德（Akash Karande）

印度旁遮普邦巴廷达（Bathinda）中央大学环境与地球科学学院地质系

摘要

对德干火山流（Deccan volcanic flows）东南部夹层（intertrappean beds）的孢粉学分析揭示了多种植物群的存在，其中包括晚白垩世（马斯特里赫特期，Maastrichtian）的关键孢粉化石，如 Azolla cretacea、Gabonisporis vigourouxii、Aquilapollenites bengalensis、Jiangsupollis striatus、Triporotetradites deccanensis 和 Scollardia conferta。为了进一步确定夹层的年代，对相关的熔岩流进行了磁极性分析，结果显示其为正常极性（Normal polarity），表明这些夹层和熔岩流属于马斯特里赫特期第30N阶段（Chron 30N）。

我们的研究反驳了仅在该地区暴露较年轻熔岩流（第29R阶段，Chron 29R）的假设。此外，孢粉数据表明，德干火山活动的开始对以被子植物为主的生态系统的繁衍是有利的。

引言

印度次大陆晚白垩世的德干火山活动持续了400万年（6680万至6250万年前；Pande等人，2017年；Tholt等人，2023年），这一事件通常被认为是导致白垩纪-古近纪（K-Pg）边界大规模灭绝事件的重要因素（Courtillot等人，1986年；Courtillot等人，1988年；Keller等人，2012年；Keller等人，2020年）。根据汞（Hg）分析，Fendley等人（2019年）估计德干火山喷发持续了几个世纪，每年释放约50至250立方公里的熔岩。最近的研究也一致认为，德干地堑（Deccan Traps）的排气过程释放了多种挥发性物质，包括SO₂、Cl、CO₂和其他卤素元素，其中硫元素直接引发了接近该边界的生态危机（Self等人，2008年；Schmidt等人，2016年；Nava等人，2021年；Mittal等人，2022年）。

这次大规模的火山活动产生了覆盖约50万平方公里面积的熔岩流（Jay和Widdowson，2008年），对全球环境和气候变化产生了重大影响，尤其是在印度次大陆上。Renne等人（2015年）和Schoene等人（2015年、2019年）的研究表明，25%至75%的熔岩喷发发生在丹尼安期（Danian）早期。我们试图通过关注马斯特里赫特期第30N阶段的孢粉学和磁地层学证据来解答一个关键问题：火山活动的开始是否影响了植物群落？本研究旨在通过评估德干火山省（DVP）东南部暴露的熔岩流和夹层的植物多样性并提供年代地层学信息来填补这一知识空白。此外，这项研究还提供了关于德干火山活动时间及其生态影响的新见解。这种大规模的火山活动显著影响了该地区的生态系统。将孢粉学证据与磁地层学分析相结合，有助于我们更好地理解植物群落在环境压力下的适应能力。

区域地质

研究区域属于印度地质调查局的55P/3号地形图范围。昌德拉普尔（Chandrapur）地区北部的熔岩流被归类为萨亚德里群（Sahyadri Group），该群进一步分为马胡尔（Mahur）、阿詹塔（Ajanta）、奇卡利（Chikhali）、卡兰贾（Karanja）和里特普尔（Ritpur）地层（印度地质调查局，2000a；印度地质调查局，2000b）。然而，研究区域所在的昌德拉普尔南部熔岩流仅被归类为萨亚德里群。

方法论

我们从六个夹层中采集了25个样本。这些样本主要是硅化的米黄色页岩和黑色燧石。由于所有夹层中的页岩和燧石在野外都以碎屑形式存在，因此样本来自同一地点的不同位置，且所有来自同一夹层的孢粉组合被视为一整体。值得注意的是，仅在普迪亚尔·莫哈达（Pudiyal Mohada，PM）、马拉伊帕坦（Maraipatan，MP）和凯卡贾里（Kekajhari）发现了黑色燧石。

夹层的孢粉组合及年代

在普迪亚尔·莫哈达（Pudiyal Mohada）和马拉伊帕坦（Maraipatan）夹层中记录到了多种孢粉组合（见图2、图3、图4）。凯卡贾里（Kekajhari）夹层中也记录了一些孢粉化石，如 Cyathidites australis、Gabonisporis vigourouxii 和 Proxapertites cursus。表2列出了从研究夹层中记录的孢粉组合。在普迪亚尔·莫哈达和马拉伊帕坦夹层中，孢粉组合以 Gabonisporis vigourouxii 的孢子为主。

大型植物群

马拉伊帕坦（Maraipatan）和普迪亚尔·莫哈达（Pudiyal Mohada）的夹层沉积物中除了孢粉组合外，还包含了大量大型植物群的记录。植物群包括双子叶植物和单子叶植物的化石木材、果实和种子，以及棕榈树的化石叶片和根系。果实和种子包括 Viracarpon hexaspermum、V. elongatum（均属于已灭绝的Alismatales科）、Palmocarpon patanii、Momordiocarpon cardiospermum（姜科；Smith等人，2021年）和 Orthogonospermum。

熔岩流的古地磁分析

研究区域的熔岩流尚未被正式分类为不同的地层。因此，对相关熔岩流进行了古地磁分析。在该区域，只有两股熔岩流适合进行古地磁分析，即Lendiguda的上层熔岩流和马拉伊帕坦的下层熔岩流。分析结果如下：

Lendiguda上层熔岩流（LNP）

代表性样本显示强度逐渐减弱至20毫特斯拉（mT），随后迅速下降至100毫特斯拉。

讨论

评估晚白垩世至早古近纪期间德干火山活动对陆地植物群的影响具有挑战性，因为德干火山省（DVP）的每个子区域都有其自身的喷发时间和节奏（Hansen等人，2005年；Kale等人，2020年）。因此，跨子区域的夹层对比需要将这些夹层准确地置于其相应的地层顺序中。遗憾的是，目前缺乏来自夹层的受地层控制的孢粉学数据。

结论

对夹层沉积物的详细孢粉学研究及其相关熔岩流的磁极性分析表明，昌德拉普尔地区的第30N阶段夹层中含有多样化的植物群。研究表明，德干火山省较老的熔岩流在该区域的延伸可追溯至第30N阶段。

综合研究表明，植物群受到白垩纪-古近纪边界附近火山活动强度增加的显著影响。

作者贡献声明

班达娜·萨曼特（Bandana Samant）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论制定、概念构建。

达南贾伊·马亨德拉库马尔·莫哈贝（Dhananjay Mahendrakumar Mohabey）：概念构建。

萨蒂什·桑戈德（Satish Sangode）：正式分析、概念构建。达什拉特·基桑吉·卡普盖特（Dashrath Kisanji Kapgate）：概念构建。阿比拉什·森（Abhilash Sen）：正式分析、数据整理、概念构建。阿努普·多巴莱（Anup Dhobale）：调查、正式分析、概念构建。苏拉布希·托卡尔（Surabhi Thaokar）：方法论制定、正式分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

B. 萨曼特（B. Samant）和D.M. 莫哈贝（D.M. Mohabey）感谢新德里科学与工程研究委员会（Science and Engineering Research Board，CRG/2020/001339）提供的财务支持。我们还要感谢旁遮普中央大学（Central University of Punjab，Bathinda）的R.P. 蒂瓦里（R.P. Tiwari）副校长提供的支持和工作设施。同时，我们也感谢主编David Harper博士、Steven R. Manchester教授以及一位匿名审稿人对本文的严格审阅和宝贵建议。