煤層下的“植物龐貝城”該如何保護(hù)

2024-01-05 13:13:23 來源: 科技日報 作者: 張曄 趙英淑 滕繼濮 林莉君

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科技日報記者 張曄 策劃 趙英淑 滕繼濮 林莉君

在內(nèi)蒙古烏蘭布和沙漠邊緣,黃河之濱,有一座因礦而建、因煤而興的城市——烏海。

烏海,即“烏金之?!保俏覈匾拿禾抠Y源基地。從高空俯瞰,在烏海市西南角有一個形似左耳、面積35平方公里的巨大礦坑,這里就是烏達(dá)煤田,總地質(zhì)儲量達(dá)6.3億噸。

在煤層之中,有一層約0.65米厚的火山巖,埋藏著一座約3億年前的茂密森林。它因特異保存方式與意大利龐貝古城頗為相似,被譽(yù)為“植物龐貝城”,是世界級的化石寶庫與自然遺跡。

然而,這個不可再生的珍稀地質(zhì)資源,正面臨著消失的危險。由于煤田正在持續(xù)進(jìn)行露天開采、滅火工程及回填復(fù)墾等相關(guān)工作,大面積的地質(zhì)露頭遭到破壞。粗略估計,原先占地35平方公里的“植物龐貝城”,如今僅剩不足10%的區(qū)域分布。

“若不盡快采取行動,大自然留給我們的這個寶貴遺跡可能隨時消失殆盡!”最近,周志炎、戎嘉余、周忠和、沈樹忠、朱敏、陳旭等6位院士聯(lián)名致信烏海市委、市政府,呼吁各方積極行動起來,盡快對所剩無幾的遺址進(jìn)行摸底普查,采取切實可行的措施,保護(hù)這片珍稀的大自然遺跡。

圖① (左下)蕨類植物櫛羊齒化石。

圖② 瓢葉類植物聯(lián)合齒葉化石。

“植物龐貝城”讓世界為之驚嘆

大約3億年前,內(nèi)蒙古烏達(dá)大地還是一片生機(jī)盎然的原始森林,這里溫暖濕潤,長滿植物,高低錯落。

原本一切都是歲月靜好的模樣,但天有不測風(fēng)云——烏達(dá)西北方忽然發(fā)生了一場規(guī)模巨大的火山噴發(fā),厚厚的火山灰飄到了這片森林里,所有的樹木瞬間被封住,盛極一時的森林王國就此終結(jié)。

本世紀(jì)初,大規(guī)模的露天采礦掘開了封存已久的地層。恰在此時,中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員王軍帶領(lǐng)團(tuán)隊來到烏達(dá)煤田,手起錘落、巖石碎裂,大量植物化石重見天日。

通過細(xì)致的研究,2012年王軍團(tuán)隊將這里命名為烏?!爸参稞嬝惓恰?,這一研究成果在《美國科學(xué)院院報》發(fā)表后,驚動國際地質(zhì)古生物學(xué)界。

“目前,全球發(fā)現(xiàn)的動物化石埋藏點有5000多個,植物化石埋藏點有1300多個,但是公認(rèn)的‘植物龐貝城’只有5個。這里是唯一一個處于二疊紀(jì)的,準(zhǔn)確地說是處于石炭紀(jì)與二疊紀(jì)之交?!蓖踯娬f,大家都知道煤是植物形成的,但究竟是什么植物形成的,長期以來缺乏直觀而清晰的證據(jù),而烏?!爸参稞嬝惓恰苯o出了圓滿答案。

石炭紀(jì)是重要的成煤地質(zhì)歷史時期,全球約40%的煤都形成于這個時期。烏達(dá)煤田中20多層煤炭與巖石交替疊加,就像一本地質(zhì)教科書,直觀地展示了億萬年來地質(zhì)歷史的變遷。

7號煤層向下,一直到18—22號煤層,都是石炭紀(jì)時期形成的煤炭。

“這告訴我們,遠(yuǎn)古的植物在水流等外力搬運(yùn)下堆積在一起,被泥砂或火山灰掩埋,在時間、壓力和地質(zhì)運(yùn)動的共同作用下形成煤炭,而火山灰又成為新一輪植物萌發(fā)生長的沃土,就這樣一輪接一輪生生不息?!蓖踯娬f。

6號煤層向上,煤炭則寥寥可數(shù)。6號煤層頂板上方就是山西組與太原組的分界線,也是整個華北板塊成煤分界線,山西組向上進(jìn)入了陸相成煤階段。

而在6號與7號煤層中間是一層灰白色的火山巖,3億年前的遠(yuǎn)古森林就藏身其中。億萬年來,地球板塊運(yùn)動和巨大的地質(zhì)壓力,已將幾十米高的森林封存到了約0.65米厚。但是剝離碎石后,各種植物仍清晰可見。

一般化石中的植物都是躺著的、破碎的,但這里的植物化石是站著的、完整的。每隔三五米就有一棵直立的樹樁,展開的樹冠、倒伏的樹干,甚至還有纏繞的藤蔓、樹間的小草以及被昆蟲咬食的植物葉片,都栩栩如生。

“過去,我們還原古植物形態(tài)好比盲人摸象,很多時候靠猜測和想象,只能用拼圖的方式重建史前地球生態(tài)面貌?!蓖踯娬f,烏?!爸参稞嬝惓恰辈粌H能直觀地回答“煤是由什么植物形成的”,還因為短時間內(nèi)火山灰大量落下,導(dǎo)致這片森林以原位埋藏的方式保存下來,讓人類得以窺見3億年前森林的實際模樣。

截至目前,烏?!爸参稞嬝惓恰币寻l(fā)現(xiàn)松綱、楔葉綱、真蕨綱、種子蕨綱、瓢葉目、蘇鐵綱、科達(dá)綱(匙葉)等七大門類植物化石,以及蝎子和蜘蛛等昆蟲化石。

研究證明,烏?!爸参稞嬝惓恰蹦依?項世界之最:最大面積的遠(yuǎn)古森林復(fù)原、最豐富的成煤植物群化石標(biāo)本收藏、最古老的蘇鐵植物、最豐富的瓢葉目植物群落以及最多的化石植物整體重建。

“我從來沒有在學(xué)校的課堂、在野外考察、在博物館里看到如此精美的植物化石。”中國科學(xué)院院士、南京地質(zhì)古生物研究所研究員戎嘉余在現(xiàn)場考察后不由得感嘆。

更為重要的是,石炭—二疊紀(jì)之交的地球氣候環(huán)境與當(dāng)前十分相似:南北兩極覆冰,處在兩個冰期之間,全球氣候加速變暖……因此,這里便成為研究煤田地質(zhì)、成煤環(huán)境、古植物群落生態(tài)及植物—氣候耦合關(guān)系、冰室—溫室氣候轉(zhuǎn)換背景下植被演替等方面的絕佳地質(zhì)資源。

“它不僅僅是烏海的寶藏,更是全人類的自然遺產(chǎn)?!敝袊茖W(xué)院院士、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所研究員朱敏說,古生物學(xué)與當(dāng)前地球生物多樣性有密切關(guān)系,只有把過去搞清楚,才知道未來該怎么做。

圖③ 原始松柏類植物科達(dá)化石。

化石資源與化石能源如何選擇

烏?!爸参稞嬝惓恰苯酉聛砗稳ズ螐模窟@不是一道簡單的選擇題。

目前,整個烏達(dá)煤礦分屬3家企業(yè)開采,分別是國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司蘇海圖礦、烏海市城市建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古東源科技集團(tuán)有限公司。

“蘇海圖礦產(chǎn)量占我們公司的1/3多,貢獻(xiàn)的利潤約占70%?!眹夷茉醇瘓F(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司有關(guān)負(fù)責(zé)人說,公司作為國家能源集團(tuán)唯一的焦煤生產(chǎn)基地,產(chǎn)出的煤主要用來煉鋼,公司在烏海有多個煤礦,蘇海圖礦的效益最好,煤炭品質(zhì)最高,洗凈煤回收率高達(dá)60%。談到接下來的保護(hù)工作,她說:“我們作為央企要承擔(dān)社會責(zé)任,積極支持并參與其中?!?/p>

目前,3家采礦企業(yè)對如何保護(hù)態(tài)度不一。“如果站在煤礦的立場來看這個問題,保護(hù)了化石,底下就有十幾層煤無法開采,經(jīng)濟(jì)效益和科學(xué)價值會產(chǎn)生矛盾,這個矛盾怎么解決?”戎嘉余一番話道出了很多人的糾結(jié)。

收到6位院士關(guān)于立刻對“植物龐貝城”進(jìn)行保護(hù)的聯(lián)名信后,2023年11月9日,烏海市委、市政府召開研討會,對化石遺址現(xiàn)場考察和保護(hù)開發(fā)利用進(jìn)行座談。

記者跟隨與會專家來到現(xiàn)場,眼前是一個巨大的礦坑。礦坑一邊是數(shù)百輛大型礦車、挖掘機(jī)、推土機(jī)往來穿梭,運(yùn)送煤炭的卡車在盤旋山路上排成長龍;而在礦坑的另一邊,礦區(qū)東南一角,十幾位科研人員與民工手持風(fēng)鎬和鐵錘,在一片上千平方米的巖石上,畫上1米見方的方格,一層又一層地剝離巖石,然后對露出的化石逐一辨別記錄。在一旁散落的碎石中,記者隨手撿起幾塊,其中就有一些化石碎片。

不時呼嘯而過的礦車以及刺骨寒風(fēng)揚(yáng)起的煤灰,無疑加大了化石發(fā)掘的難度。在此工作了一個多月的博士生孫文俊告訴記者,盡管當(dāng)?shù)貧鉁匾训椭亮阆?,化石發(fā)掘現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣,但他們一刻也不能停歇,必須與時間賽跑進(jìn)行搶救性發(fā)掘。

目前,烏達(dá)礦區(qū)的開采已近尾聲。國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司蘇海圖礦黨委書記、礦長李振陽預(yù)計,蘇海圖礦的煤炭還可以開采2年。

第十四屆全國政協(xié)常委、中國科學(xué)院院士周忠和說:“化石保護(hù)是一個世界級難題,尤其是像烏海這樣一個既是化石能源也是化石資源的‘植物龐貝城’。”

“這樣的‘植物龐貝城’造不出來,也不可再生,沒有了就沒有了?!爆F(xiàn)場,戎嘉余等多位院士專家對“植物龐貝城”的命運(yùn)表示極大的擔(dān)憂。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華說,我們有很多獨一無二的歷史文化和自然遺產(chǎn),作為一個正在快速崛起的國家,我們有責(zé)任保護(hù)好“植物龐貝城”。

圖④ 烏?!爸参稞嬝惓恰钡刭|(zhì)剖面。

當(dāng)務(wù)之急要摸清家底明晰保護(hù)方案

能源是國家的,化石也是國家的。如何將二者統(tǒng)一起來,成為擺在烏海市和相關(guān)主管部門面前的現(xiàn)實問題。

記者與多位專家溝通后得出的看法基本一致,即永久保留一定規(guī)模、出露良好的“植物龐貝城”遺跡,不僅是科學(xué)研究和科學(xué)普及的需要,更是烏海擁有這個世界罕見寶貴物質(zhì)文化遺產(chǎn)的見證。

但是,僅用零碎的化石碎片去講述“植物龐貝城”的完整歷史,顯然不夠。周忠和說,如果把化石送到博物館去異地保護(hù),就要把現(xiàn)場那些大樹化石“大卸八塊”,砸碎了搬走,太可惜了!

要不要原址保護(hù)、如何原址保護(hù),成為此次研討會上的焦點話題。這不僅牽扯到各方利益,也關(guān)系到接下來保護(hù)工作該往哪個方向走。

“‘植物龐貝城’所在的火山凝灰?guī)r是一類遇水易分解的巖石,因此,原址保護(hù)必須建設(shè)一座永久性建筑,為3億年前原始森林遮風(fēng)擋雨?!蓖踯娬f。

但這樣的想法在當(dāng)前難以實現(xiàn)。煤礦企業(yè)更傾向于在開采行將結(jié)束時,辟出一塊區(qū)域進(jìn)行原址保護(hù)。

李振陽表示,根據(jù)他對烏達(dá)礦區(qū)的觀察,還未開采的礦區(qū)東部應(yīng)該還有這層火山巖?!皬默F(xiàn)場看,地層是由西向東一頭扎進(jìn)地下,礦區(qū)東部邊緣的化石層至少在地下幾十米深處。按照國家有關(guān)規(guī)定,煤田邊緣要保留一部分不得開采,并沿山體向下挖出梯形臺階,防止出現(xiàn)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害?!崩钫耜栒f,根據(jù)技術(shù)規(guī)范,每一層臺階至少10米寬,因此煤田東部邊緣的化石層或許能夠原址保留數(shù)千平方米。

但是,礦區(qū)東部邊緣的化石質(zhì)量怎樣目前并不清楚,因為烏達(dá)礦區(qū)曾發(fā)生過煤層自燃,過火區(qū)巖石極易破碎,其中的化石也就極大程度地失去了科學(xué)價值。

多位專家提出建議,應(yīng)先進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查,在關(guān)鍵地區(qū)進(jìn)行鉆孔勘探?!爱?dāng)務(wù)之急是進(jìn)一步摸清家底,然后再來決定如何在盡可能不影響采煤和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的前提下,拿出一個更貼近實際的方案。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員徐義剛說。

朱敏表示,現(xiàn)在烏海處在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的時期,需要更早地做準(zhǔn)備。據(jù)了解,蘇海圖礦還擁有完美的成煤地質(zhì)剖面,當(dāng)?shù)卦缬写蛟烀禾康刭|(zhì)公園的想法,這與保護(hù)“植物龐貝城”不謀而合。

戎嘉余認(rèn)為,只要政府部門重視起來進(jìn)行協(xié)調(diào),把各方都調(diào)動起來保護(hù)好“植物龐貝城”,烏海未來的發(fā)展一定會因此而受益。

記者了解到,烏海市委、市政府,中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所和國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司三方已簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議。協(xié)議主要內(nèi)容有:合作開展“植物龐貝城”的調(diào)查、發(fā)掘、保護(hù)和開發(fā)利用研究;共同策劃項目,提供經(jīng)費(fèi)保障。其中,烏海市委、市政府主要推動建設(shè)“植物龐貝城”博物館、地質(zhì)公園、世界非物質(zhì)文化遺產(chǎn)等項目;中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所主要負(fù)責(zé)上述項目的科學(xué)內(nèi)涵方面的相關(guān)事項;國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)為煤田開采區(qū)域內(nèi)“植物龐貝城”的標(biāo)本采集和搶救提供支持,包括巖石的挖掘剝離等方面,以及煤田開采尾期永久留存一片遺址的勘查和篩選。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

責(zé)任編輯: 冷媚