地狱溪层 (英语:Hell Creek Formation ),或译海尔河组 ,是贯穿美国 、加拿大 和墨西哥 ,年代跨度为大部分白垩纪 晚期及小部分古新世 早期的地层。其命名来自于美国 中北部的蒙大拿州 乔丹 ,因附近盛产化石的“地狱溪(英语:Hell Creek )”而得名。因其和西部内陆海道 的位置相重合,在该地层中发现了目前地球上数量最多的化石。该底层以盛产白垩纪 的古生物化石而闻名世界,其中恐龙化石有暴龙 、三角龙 、甲龙 、埃德蒙顿龙 、黄昏鸟 等,其馀化石有沧龙 、无齿翼龙 、菊石 、剑射鱼 、白垩尖吻鲨 等。
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于东蒙大拿地狱溪层的洛矶山博物馆考古营队 (2009年夏日挖掘季)
地狱溪州立公园的景观,图为地狱溪层之心
地狱溪层分布于美国 蒙大拿州 、北达科他州 、南达科他州 以及怀俄明州 的部分区域。[ 1] 在蒙大拿,地狱溪层覆盖了狐狸丘层 ,而庞贝石柱遗址 位于地狱溪层的一小处偏僻区域。美国国家公园管理局 于1966年将其化石区列为国家自然地标 。世界最大的地狱溪化石收藏现存放并展示于蒙大拿州 博兹曼市 的洛矶山博物馆 。[ 2] 化石的展示是1998年,由蒙大拿州立大学 、华盛顿大学 、[ 3] 加利福尼亚大学柏克莱分校 、北达科他大学 以及北卡罗莱纳大学 共同组成的地狱溪计画所产生的结果。
地狱溪层在起伏的河道 和三角洲 以及当地极其罕见的泥炭沼泽 沉积物 沿著低洼的东部大陆边缘,面向晚白垩世 西部内陆海道 ,由一系列淡水 和微咸粘土质的水 、泥岩 和砂岩 ,沉积于马斯垂克阶 和达宁阶 时期(分别是白垩纪末期和古近纪初期)。该地的气候 是温和的,鳄目 的存在表明这里是副热带 气候 ,且无长期的年度寒流 。著名且富含铱 的白垩纪-古近纪界线 (K-Pg界线)将中生代 与新生代 分开,作为不连续但明显的薄标记层出现在地层上方,偶尔出现在地层内部,而边界附近则是覆盖在上的联合堡层 。
地狱溪层是一个位于美国 蒙大拿州 乔丹 附近的一个组 ,该组是北美洲 一个被研究的十分透彻的地层,其年代跨度为大部分白垩纪晚期及一小部分古新世早期的地层。该地层分布于美国 蒙大拿州 、北达科他州 、南达科他州 以及怀俄明州 的部分区域。在蒙大拿,地狱溪层覆盖了狐狸丘层。
1966年,地狱溪化石区被美国国家公园管理局 列为国家自然地标 。[ 4]
位于北美洲西部的地狱溪层和兰斯层地图
在蒙大拿州的地狱溪层覆盖于狐狸丘层之上,而位于联合堡层之下,地狱溪-联合堡界线包含了附近稍微上面一点的白垩纪-古近纪界线 (K-Pg界线),其界定了白垩纪的终点,年代测定为6600 ± 7万年。[ 5] 地狱溪层厚度约为90米(300英尺),据估计,可能沉积了约200万年。[ 6] 在界线下好几公尺处,都有发现地狱溪动物群特征的物种[ 7] 。北达科他州的塔尼斯遗址 拥有被提议作为希克苏鲁伯陨石 撞击影响的证据,该证据是一个在撞击后几小时内堆积而成的一种由化石遗骸和玻璃陨无序的混合物[ 8] [ 9] [ 10] 。
白垩纪-古近纪界线 座落在上地狱溪及联合堡层 路德洛段的接触面,然而在某些地区(如:北达科他州),界线却深入路德洛段地层中,且地狱溪层的某些部分高于边界线达3米(9.8英尺),[ 7] 这表明了地狱溪层的某些部分超越了边界线,而进入了新生代 的地层。[ 11]
地狱溪层动物相
在地狱溪层中发现了包括恐龙 在内的大量动物遗骸。由于地狱溪层位于拉腊米迪亚 的东海岸与西部内陆海道 的交汇处,因此保存了许多海洋与陆地生物的化石。脊椎动物 包含有恐龙 、翼龙 、鳄鱼 、离龙目 、蜥蜴 、蛇 、海龟 、青蛙 和蝾螈 等。鱼类 和哺乳动物 的遗骸也在层中被发现。该地层还聚集来大量的无脊椎动物 (如菊石 )、植物 、哺乳动物 、鱼类 、爬行动物 (如欧巴马齿蜥 )、海生爬行动物 (包含沧龙科 、蛇颈龙科 、海龟 )及两生类 。地狱溪层著名的恐龙 除了暴龙 及三角龙 之外,还有似鸟龙科 、近颌龙科 、多种小型兽脚类 、厚头龙亚目 、甲龙亚目 。另外也有发现鳄形超目 及有鳞目 成员。一些鸟类 、哺乳动物 及翼龙 也被发现于该地层。一些鲨鱼 和𫚉鱼 的牙齿也在地狱溪的河床上被找到,说明有些物种对淡水的耐受度从那时就有。兰斯阶 ,命名自兰斯层 ,的生物在系统发育学 上要比坎帕阶 的北美 物种更接近东亚 及加拿大 /阿拉斯加 的动物相 。地狱溪层也找到了一些被琥珀 包裹住的昆虫 。[ 12]
参见:白垩纪–古近纪气候变迁
地狱溪层主要由被子植物 覆盖,是当时的优势植物
地狱溪层在起伏的河道 和三角洲 以及当地极其罕见的泥炭沼泽沉积物沿著低洼的东部大陆边缘,面向晚白垩世 西部内陆海道 ,由一系列淡水和微咸水粘土、泥岩和砂岩,沉积于马斯垂克阶 和达宁阶 时期(分别是白垩纪末期和古近纪初期)。由在蒙大拿佩克堡 地区裸露部分的特征来看,地狱溪层被认为是一个地势平坦,拥有森林 的泛滥平原 ,该地层较接近副热带 气候,并拥有多种植被覆盖,从被子植物 树 木到像落羽杉 、银杏 等松柏门 植物以及蕨类 均可在该层中找到。地狱溪层是由溪流堆积成的,并位于西部内陆海道 边缘的海岸平原 上。由于该地层有发现鳄鱼 ,故推断此地当时是副热带气候,应该没有寒季且有很大的降雨量 。
地狱溪层、兰斯层 、史考勒层 代表了西部内陆海道 西岸不同的区段。沼泽形低地 是当时恐龙等很多动物 的栖息地 。宽广的海岸平原从海道向西延伸至刚形成的洛矶山脉 。这些地层由大量的沙岩和泥岩组成,是基于当时的泛滥平原 、河流 、三角洲 、沼泽 、河口湾 及海岸平原等环境 因素所导致的。[ 13] [ 14] [ 15] 其中地狱溪层是这些史前生态环境中被研究的最多的。当时这个区域拥有温暖潮湿的气候,因为潮湿的气候,森林及沼泽的植被非常多样化,沼泽中包含被子植物 、针叶树 、棕榈 及蕨类 ,森林则有针叶树、林冠 、下层植被 、梣树 、橡树 及灌木 。在南达科他州 西北角,湿地的黑色层地带冲积形成丰富的煤 ,泛滥平原积聚明亮的带状泥沙层。而在挖掘点好几处都发现丰富的树叶化石,表明这个区域很可能曾经被小型树木大量覆盖。
圆饼图为整个地狱溪层的主要恐龙数量统计
在古生物学 的领域中,古生物 的数量一直是难以分析的。下列估计是地狱溪层中最常见的八种恐龙 家族成员。
在地狱溪计画中,表层被分成三段:下段、中段、上段。上段和下段是the PLoS One报告中著重描述的部分,而在每个部分当中,均有发现大量的暴龙 、三角龙 及埃德蒙顿龙 遗骸。其中三角龙 是当中最普遍的,比较意外的是,暴龙 的数量跟埃德蒙顿龙 的数量相当,甚至在多一些。在上地狱溪段中,包含了22只三角龙 、5只暴龙 及5只埃德蒙顿龙 。
奇异龙 、似鸟龙 、厚头龙 和甲龙 也包含在分类中,但数量相对较少,其他恐龙像圆头龙 、丹佛龙 、牛角龙 、似鸵龙 、冥河盗龙 、达科他盗龙 、梳齿龙 、里约龙 、近爪牙龙 、安祖龙 、细喙龙 及伤齿龙 (也可能是梳齿龙),也被算入少数恐龙而不被计入分类中。
过去10年在地狱溪计画期间进行的化石 收藏从改进的属级收集模式和健全的数据资料产生了新的资讯,这些数据揭示了出乎意料的恐龙 相对丰富多元,以及过去认为罕见的个体发生学 的年龄级距。研究发现了比以往更高的暴龙 占比。在上层3所发现的暴龙 数量和埃德蒙顿龙 一样,而在下层3中,暴龙 的数两在主要恐龙动物群中的占比仅次于三角龙 ,埃德蒙顿龙 在其之后。这项数据惊人的包含了:1.在Apex砂岩及Jen-Rex淤砂发现的两个腿部沉积物(MOR loc. HC-530 and HC-312)。2.地层2/3的部分反应和上段3及下段3的纪录一样的情形,即只有发现恐龙的骨骼。
三角龙 是地层中最普遍的恐龙,约占40%,远超其他恐龙,其次是暴龙 ,约占24%,埃德蒙顿龙 第三,约占20%,奇异龙 8%、似鸟龙 5%,厚头龙 及甲龙 只有1%,占比相对较少。
地狱溪层恐龙的足迹化石非常稀少,直至2017年,只有发现一个可能是暴龙 留下的足迹,发现于2007年并于隔年描述。[ 16]
过去发现的许多牙齿化石被归类属于多种驰龙科 及伤齿龙科 成员,包括驰龙 、蜥鸟盗龙 及伤齿龙 ,而他们被认为只存在于更古老的层中,然而在2013年伊凡等人的研究中,得出的结论为几乎没有证据表明在地狱溪-兰斯层中有超过一种的驰龙科 成员,这使得冥河盗龙 在地狱溪的分类失效,这一论点在2015年狄帕玛等人所描述的大型新种驰龙科成员达科他盗龙 出土之下被推翻了。[ 17] 伤齿龙科等虚骨龙类 恐龙 的牙齿化石普遍存在于地狱溪层中,较知名的包括近爪牙龙 、梳齿龙 及里约龙 。
裸子植物
地狱溪层是一个低地泛滥平原,当时的海平面尚未下降,在这片湿地上有高密度的疏林 、樟科 、桑科 、水青冈 、木兰科 及棕榈科 生长。蕨类 及苔藓 则是其下层植被。地狱溪层上层古新世 早期部分的植被包含蕨类阴地蕨 、狗脊 、紫萁 、单核蕨 、蚊子蕨 ,松柏门黎明红杉 ,单子叶植物 Limnobiophyllum (浮萍亚科 亲戚),以及双子叶植物 连香树科 及悬铃木 。[ 18] [ 19] 被子植物包含了多种的叶子、种子、花瓣及其他结构。就数量上来说,被子植物是当时最多样化且最优势的植物相 ,占了90%,然而,常绿植物 中还包括了松柏、银杏、落羽松及苏铁 等裸子植物 。被子植物包含了多种以灭绝 的树。现今的地狱溪植物群是常绿植物 及落叶植物 混合的阔叶林 ,看似和当时相差无几,但仔细观察会发现现今的植被群和当时还是有明显差异的,最显著的例子就是今天的蒙大拿,当时有棕榈表明当时该地的气候要比现在温暖。
地狱溪层发现的果实 化石
科克·强森称地狱溪层并无草 、橡木 、枫 或柳 。蕨类也不常见,然而,在白垩纪-古近纪界线上2公分,丰富的蕨类孢子显著增加。蕨类孢子的增加又被称为"蕨类尖峰"(这意味著,如果绘制出作为地层位置函数的孢子丰富度,该图将显示撞击沉降层正上方的尖峰)。强森还发现,许多地狱溪层的被子植物物种现已灭绝,他相信在蒙大拿及北达科他当时的陆生植物 大约80%都在白垩纪-古近纪灭绝事件 中消失。
相较于南北达科他州丰富的植物化石,蒙大拿发现的植物化石收藏较少。在蒙大拿州的布朗巴特,一个叫修梅克的人收藏了一些种类的该层植物化石,但大部分的植物都收藏于南北达科他州。在耶鲁大学 皮博迪自然史博物馆 (Peabody Museum of Natural History或Yale-Peabody Museum)的馆藏中,二名法 属名字尾有"TYPE"的,代表是正模标本 。"YPM"是皮博迪自然史博物馆馆藏标本的前缀代码。
总览 (强森, 1997) :
190种植物型态,包括 :
1种苔类植物门 (苔藓及叶苔)
6种羊齿植物 (并系群 :现包括木贼,石松 及蕨类)
9种松柏
2种银杏(不普遍)
172种被子植物(90%的物种被发现并收藏)
地狱溪层的植物
裸子植物
Platyspiroxylon (柏科 )
罗汉松 (罗汉松科 )
Elatocladus (杉科 )
Sequoiaxylon (杉科)
Taxodioxylon (杉科)
南洋杉 (南洋杉科 )
Cheirolepidiaceae 此类群中生代 时期非常繁盛,现均已灭绝
银杏
被子植物
化石点列表
出产恐龙的地层列表
地狱溪层的古生物群
白垩纪–古近纪气候变迁
兰斯层
史考勒层
白杨山层
莫里逊层
白垩纪-古近纪地层
丹佛层
费里斯层
西班牙春普层
阿根廷莱菲潘层
南极罗培兹·德·柏托达诺层
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