制作：孫佳鳳（諸城市恐龍文化研究中心）
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
7000多萬(wàn)年前，成千上萬(wàn)的鴨嘴龍生活于諸城地區(qū)（現(xiàn)屬山東省濰坊市），后來(lái)經(jīng)歷了災(zāi)難性的集群死亡，遺骸暴露在野外并腐爛。在泥石流的搬運(yùn)作用下，這些遺骸分別被匯聚在恐龍澗、臧家莊等低洼處，并被迅速掩埋。
恐龍澗恐龍化石長(zhǎng)廊（百分之九十的化石為鴨嘴龍化石）
（圖片來(lái)源：作者提供）
遺骸在長(zhǎng)時(shí)期的成巖作用下，變成了化石。多年后的地殼運(yùn)動(dòng)將這些化石暴露于地表，在科學(xué)家們的發(fā)掘下，它們的神秘面紗逐步被揭開(kāi)。
新的問(wèn)題接踵而至，恐龍化石被“搬運(yùn)”的路線是什么樣的？年代久遠(yuǎn)，這個(gè)問(wèn)題似乎無(wú)從查證。然而，鋯石定年法——一種新的測(cè)定巖石年齡的方法，為我們揭開(kāi)了謎團(tuán)。
鋯石：來(lái)自火成巖的寶藏礦物
在了解鋯石定年法之前，讓我們先來(lái)看看什么是鋯石。
鋯石是一種硅酸鹽礦物，在各種火成巖（巖漿冷卻后形成的巖石）中作為副礦物產(chǎn)出。它也是提煉金屬鋯的主要礦石。鋯石的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，經(jīng)常保存于漂砂中，并作為碎屑物出現(xiàn)于沉積巖和沉積變質(zhì)巖中。
紅色鋯石（圖片來(lái)源：維基百科）
鋯石有很多種，不同的鋯石會(huì)有不同的顏色，包括白色、橙色、褐色、綠色或無(wú)色透明等等，經(jīng)過(guò)切割后的寶石級(jí)鋯石很像鉆石。
“鋯石定年法”究竟怎么操作的？
由于鋯石廣泛分布，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此常被用于“同位素定年法”以測(cè)定巖石的年齡。
同位素定年法的基礎(chǔ)是放射性衰變定律，通過(guò)測(cè)定母體及其衰變產(chǎn)生的子體同位素含量，就可以利用衰變定律算出形成以來(lái)的時(shí)間，也就是“年齡”。
自然界存在兩類(lèi)同位素：一類(lèi)是放射性同位素（母體），它們能夠自發(fā)地衰變形成其它同位素（子體），這一過(guò)程叫作放射性衰變。
另一類(lèi)是穩(wěn)定同位素，它們不自發(fā)地衰變形成其它同位素或由于衰變期長(zhǎng)，其同位素豐度變化可忽略不計(jì)。放射性衰變都有一定的周期，并且一般不因環(huán)境而改變，這也就是放射性可用于確定年代的原因。
放射性衰變定律是單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子數(shù)與現(xiàn)存放射性母體的原子數(shù)成正比。
只需要準(zhǔn)確測(cè)量母/子體同位素比值，就可以計(jì)算出該物質(zhì)的年齡。
而“鋯石定年法”就是利用了鋯石中的U和Th同位素衰變成Pb同位素的原理。
鋯石相對(duì)富含U和Th等放射性元素，初始幾乎不含Pb，衰變后才會(huì)形成Pb，而且鋯石抗侵蝕能力也非常強(qiáng)，所以是定年的最佳礦物，被廣泛用于確定各種高級(jí)變質(zhì)作用峰期年齡和巖漿巖結(jié)晶年齡，為區(qū)域構(gòu)造巖漿活動(dòng)提供年代信息。
近年來(lái)，研究人員利用鋯石中豐富的年齡信息，再結(jié)合盆地周?chē)哪笌r特征，可以明確凹陷內(nèi)不同時(shí)期的物源，即沉積區(qū)沉積巖的物質(zhì)來(lái)源。
在一個(gè)沉積盆地中，同一物源所供給的砂體中鋯石的年齡組合必定相同，而不同物源供給砂體中鋯石的年齡組合存在著明顯的差異。
通過(guò)測(cè)定沉積盆地內(nèi)沉積物單顆粒鋯石的U—Pb年齡譜，能有效地示蹤源區(qū)背景、性質(zhì)，獲取盆地沉降與重要構(gòu)造時(shí)間之間的內(nèi)在聯(lián)系。
判斷諸城恐龍化石層物源，鋯石定年法大顯身手
山東地區(qū)中部以郯廬斷裂帶為界，分割為魯東、魯西兩部分。膠萊盆地位于郯廬斷裂帶東側(cè)的魯東地區(qū)，盆地的東南部為蘇魯?shù)伢w，北部為膠北地體。
“諸城凹陷”就位于膠萊盆地南部，盆地內(nèi)主要發(fā)育白堊紀(jì)至新生代地層。白堊系由下至上主要為下白堊統(tǒng)萊陽(yáng)群、青山群和上白堊統(tǒng)王氏群組成，其中上白堊統(tǒng)王氏群紅土崖組為恐龍化石埋藏的主要層位，紅土崖組中下部為沖積扇—辮狀河相的砂、礫巖互層，在泥石流和洪泛平原沉積之中埋藏有大量的恐龍骨骼化石。
山東省巖漿巖分布與諸城地區(qū)地層出露概況（圖片來(lái)源：《地質(zhì)論評(píng)》）
2016年，為了深入探究諸城地區(qū)的鴨嘴龍化石，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所的地質(zhì)專家安偉、曠紅偉、柳永清等從庫(kù)溝--恐龍澗、臧家莊、庫(kù)溝附近上白堊統(tǒng)王氏群紅土崖組底部恐龍化石層中挑選了含有碎屑鋯石的６個(gè)砂巖樣品（大部分鋯石的顆粒呈棱角狀至次棱角狀，說(shuō)明其并未經(jīng)歷過(guò)較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)），用于碎屑鋯石定年。
正是這6個(gè)砂巖樣品，從多個(gè)方面幫助地質(zhì)專家們印證了諸城恐龍化石層的物源。
通過(guò)研究證明，諸城地區(qū)王氏群恐龍化石層沉積物的主要物源來(lái)自北部萊陽(yáng)和西北部沂沭斷裂帶的青山群火巖，諸城盆地南緣的青山群火山巖為次要源區(qū)。
證據(jù)一：６個(gè)樣品536個(gè)碎屑鋯石顆粒中72％的鋯石為中生代年齡，且與青山群的火山巖年齡以及南北部花崗巖年齡較為一致。
證據(jù)二：王氏群含化石層礫巖中的礫石組分幾乎全為火山巖、火山碎屑巖成分，而青山群也是火山巖成分，排除南北部花崗巖是物源區(qū)的可能。
證據(jù)三：諸城王氏群恐龍化石層整體上古水流主要來(lái)自北、西北方向，少量來(lái)自南部。青山群火山巖在山東主要分布于北部萊陽(yáng)地區(qū)，諸城南部和沂沭裂谷帶少量分布，魯西零星分布。
而且，北側(cè)萊陽(yáng)地區(qū)的晚白堊世王氏群紅土崖組中保存的大量恐龍骨骼化石和諸城地區(qū)的恐龍化石不論是化石類(lèi)別還是埋藏層位都相似。類(lèi)別都以鴨嘴龍為主，此外也有角龍、甲龍、虛骨龍、暴龍、蜥腳類(lèi)恐龍等類(lèi)別。
諸城恐龍化石埋藏的主要層位和萊陽(yáng)地區(qū)恐龍化石埋藏的層位相同，都為紅土崖組，且都是沖積扇沉積。形成大型沖積扇的首要條件是造山運(yùn)動(dòng)或強(qiáng)烈的塊斷運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了沉積物源區(qū)（膠北地體和萊陽(yáng)地區(qū)）的剝蝕作用增強(qiáng)和河流能量的提高。尤其當(dāng)抬升速度超過(guò)河床下切速度時(shí)，更有利于巨厚沖積扇的形成。
根據(jù)諸城地區(qū)王氏群化石層的物源情況和古水流方向，說(shuō)明晚白堊世王氏群沉積時(shí)期，總體上為北高南低的古地貌背景，尤其是北側(cè)萊陽(yáng)、北西側(cè)的沂沭斷裂帶以及盆地南緣的早白堊世的青山群火山巖可能遭受構(gòu)造抬升形成剝蝕區(qū)，從而為晚白堊世王氏群恐龍化石層沉積提供物源。
山東諸城地區(qū)王氏群恐龍化石層沉積物源圖（１—沉積區(qū)；２—恐龍化石；３—郯廬（郯城—廬江）斷裂；４—物源方向；５—古剝蝕區(qū)；６—古水流；７—礫石組分。Ａ—安山巖；Ｂ—凝灰?guī)r；Ｃ—流紋巖Ｄ—玄武安山巖Ｅ—凝灰質(zhì)砂巖Ｆ—凝灰角礫巖）
?。▓D片來(lái)源：《地質(zhì)論評(píng)》）
得益于鋯石定年法，這些“可憐”的恐龍遺骸的故事逐漸清晰：晚白堊世末期，地震頻發(fā)，火山活動(dòng)強(qiáng)烈導(dǎo)致泥石流頻發(fā)，因此沿北側(cè)的膠北地體和萊陽(yáng)地區(qū)向膠萊盆地方向形成了大量沖積扇、辮狀河相的沉積。在如此惡劣的環(huán)境下，集群死亡的恐龍遺骸受由北而南的洪水或泥石流的沖刷、搬運(yùn)，最終在諸城地區(qū)被集體埋藏。
滄海桑田，如今已時(shí)過(guò)境遷，隨著科技的進(jìn)步和科學(xué)家的努力，讓我們得以探究千萬(wàn)年前發(fā)生的細(xì)枝末節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
1.安偉,曠紅偉,柳永清,等.山東諸城晚白堊世王氏群恐龍化石層碎屑鋯石定年和物源示蹤[J]. 地質(zhì)論評(píng), 2016, 62(2): 453-471.