碳从何处来？“撞脸巧克力脆筒”的古植物给出答案→

煤炭作为常见的化石能源，燃烧产生大量二氧化碳，是名副其实的高碳燃料。煤中的这些碳来自哪儿呢？

2024年5月，我国科研人员在山西省阳泉市的石炭系地层中发现了迄今为止我国古生物化石发掘中保存最完整的鳞木矿化标本，以及目前国内个体最大的科达木化石，这一谜底才被彻底解开。

山西阳泉发现的木化石（图片来源：新华网）

01什么是鳞木和科达木？

鳞木属于乔木状石松类植物，主要出现于古生代石炭纪（距今约3.55～2.95亿年）和二叠纪（距今约2.95～2.5亿年）热带沼泽地区，是古生代聚煤期最有代表性的树木之一。鳞木的茎直立，高可达40米，基部粗2～3米。树干上部常为二歧式分枝，枝上布满细而长的叶。叶基部膨大，因叶片脱落后在其茎干表面留下螺旋排列的菱形叶座痕迹，酷似鱼鳞，故而得名。还有人调侃说它“撞脸巧克力脆筒”，真是十分形象！

鳞木（图片来源：《地球科学大辞典》）

晚古生代时期，在北半球暖热潮湿地区，滨海沼泽规模很大，首次在欧洲、北美洲、中国的华北地台等地区出现热带丛林，形成地史上第一个大规模成煤期。此时的鳞木是欧洲、美洲和东亚地区沼泽森林的主要植物，是晚石炭世滨海沼泽相的主要成煤植物，因此也是造碳运动的主要原料来源。

科达木是科达属植物的统称，是已灭绝裸子植物的一个重要的类群。它属于木本化石，树干高大，最高可达50米，茎轴上叶呈条带状紧密螺旋状分布，在石炭纪地层中广泛部分。

02华北最古老的森林生态系统

阳泉植物化石群发现于该市矿区石卜咀村水泉沟及郊区荫营镇一带，位于古生界石炭系本溪组地层。地质学家认为，这是近年来我国发现的最早层位的木化石，时间大概在距今3.1亿年的晚石炭世聚煤期早期，也是迄今为止发现的我国华北地区最古老的陆地森林生态系统。同时，这里还发现了距今约2.95亿年的目前国内个体最大的科达类木化石，推测在当时大约有43.5米高，纠正了欧美古植物学者关于我国晚石炭世本溪组沉积时期的华夏植物群没有高大树木的错误认识。

科研人员对木化石进行实验室镜下解剖，发现鳞木化石横切面中木质细胞结构排列得密密麻麻像蜂窝一样，而科达木化石的横切面整体从中心呈一个放射状向四周放射。同时解剖还在树木内部发现了数量可观、结构精美的化石真菌和大量疑似甲螨粪便的化石，以及最早的“哺育木”现象，即植物扎根在另一种树木内部的现象。根据发现的化石，科学家推测这株科达木树干存活的时候最粗的地方大概是普通成年男子腰围的4倍，而整个树干高度竟然达到43.5米，大约15层楼那么高，是目前发现的国内个体最大的科达木化石，而以往这么高的树木是在欧美植物区发现过。

而且，科学家发现大型科达类植物茎干组成的木化石均没有年轮，但含化石的地层上、下都有煤层出露，这表明阳泉地区晚石炭世到早二叠世处于气候湿润的热带环境，没有明显季节性变化，为地质学家了解数亿年前当地的古地理和古气候环境提供了重要科学依据。

03与乌达“植物庞贝城”的异同

实际上，阳泉市境内多山地，地质岩层出露良好，是化石资源出露和保存的理想地区之一。这里的木化石分布广泛、时代跨度大，在晚石炭世到二叠纪末沉积的14个岩层中均有发现。如今，在阳泉市博物馆“晋地宝藏”展厅内，芦木化石、辉木化石、科达木化石、鳞木化石等十余件植物化石标本正默默地向人们讲述着它们的前世今生。

前不久，我国有3个地质遗产地入选“第二批100个世界地质遗产地名录”，其中包括内蒙古自治区“乌达二叠纪植被化石产地”。这里也是以数量丰富的植物化石而著称，因地下保存着近3亿年前的热带雨林而被誉为“植物庞贝城”。阳泉植物化石群与它有什么区别呢？

表1：乌达“植物庞贝城”与阳泉植物化石群的区别（制表：马志飞）

04结语

煤中碳从何处来？是个很古老却又令人感到疑惑的话题。太阳作为第一动力，推动了植物吸收空气中的二氧化碳形成养分储存起来，形成木质层。植物死亡后在地层中埋藏起来，在高温高压作用下，经过上亿年的时间转变为煤炭。人类燃烧煤炭产生热量，同时向大气中释放大量二氧化碳，由此形成一个跨越亿年尺度的碳循环。这其中，太阳、植物、地层、煤炭、人类、大气共同构成了这一循环，维护了生态系统的碳循环与动态平衡。

但必须注意的是，不同植物的光合作用，固碳能力不同，而不同时代大气中的二氧化碳含量又有所不同，大气中二氧化碳促进了植物的生长发育和繁荣演化，同时植物的繁荣演化也会反过来推动大气中二氧化碳浓度的变化，进而促进区域与全球气候系统的演化，二者互为动力，互相促进。在一定时期内，植物的结构与大气二氧化碳总是能达到一定的平衡，因此通过这一时期植物的结构形态就可以推断出当时的大气浓度，进入推断出当时的气候系统，预测未来的气候演变趋势，这也是我们学习和研究植物化石的意义。

作者：马志飞 地质地理科普作家，北京科学技术普及创作协会会员

审核：刘汉斌 山西省煤炭地质局高级工程师

出品：科普中国

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