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                      首頁 > 科研進展

                      研究發現二疊紀末生物大滅絕新“兇手”

                      2021-11-23 南京地質古生物研究所
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                        二疊紀末生物大滅絕是近5億多年以來地質歷史中發生的最嚴重的生物滅絕事件,導致約81%的海洋生物物種以及約89%的陸地生物物種在很短的時間內滅絕。中國科學院南京地質古生物研究所、南京大學等國內外單位組成的研究團隊發現,華南周緣大規模酸性火山噴發是二疊紀末生物大滅絕的重要誘因之一,而曾經認為的西伯利亞大規?;曰鹕絿姲l并非二疊紀末生物大滅絕的唯一推手。11月17日,相關研究成果在線發表在《科學進展》(Science Advances)上。

                        二疊紀末生物大滅絕及其與火山活動之間的時間聯系及生物滅絕模式大都來自華南的地質記錄,而被認為是二疊紀末生物大滅絕推手的西伯利亞大火成巖省所在區域很少有化石記錄的滅絕模式,也沒有可以與全球對比的沉積地球化學證據記錄這次生物大滅絕,最新的少量古生物資料表明,西伯利亞地區二疊紀末生物大滅絕造成的生物多樣性損失沒有華南地區嚴重。此外,西伯利亞大火成巖省開始于二疊紀末生物大滅絕事件之前約30萬年,并持續到生物滅絕事件之后的約50萬年,但二疊紀末生物大滅絕事件發生在6萬年甚至更短的時間內。無論是大滅絕發生的時間還是火山作用持續的時間,華南與西伯利亞的記錄存在不一致。

                        華南地區保存有二疊紀-三疊紀過渡時期最完整的海相和陸相沉積記錄,完整地記錄了這次生物大滅絕事件過程中海洋和陸地生物的快速滅絕,并留存了可以進行海洋和陸地環境變化全球對比的各類地球化學證據??档峁抨懙年懴嗪秃j戇^渡相二疊系-三疊系剖面的研究表明,上二疊統宣威組中含有豐富的煤炭資源以及高度分異、具有熱帶雨林特點的大羽羊齒植物群;從二疊系-三疊系過渡層卡以頭組之底開始,大羽羊齒植物群快速減少,“中生代型”的植物類群開始出現;至下三疊統東川組底部植物化石基本消失。此外,該時期還表現出成煤作用停止、土壤系統崩潰、氣候快速干旱化。因而華南地區是在陸地上更全面認識二疊紀末生物大滅絕事件及其誘因的理想區域。

                        研究團隊在我國西南部云南和四川等地4個經典的陸相二疊系-三疊系剖面生物大滅絕層位發現銅的異常富集。經檢測,銅元素含量在上二疊統宣威組中的背景含量通常低于500ppm,而到二疊系-三疊系過渡層中卻有達40000ppm的富集,在地層中多以次生孔雀石和輝銅礦形式保存,并多與野火事件形成的炭屑顆粒相伴生。

                        科研團隊創新性地將銅同位素應用到生物大滅絕事件研究,發現銅同位素在華南陸相剖面二疊紀滅絕之前的沉積物中基本處于零值附近,反映其主要來源與火山物質風化的產物;在二疊紀末生物滅絕事件期間,在多個陸相剖面都發生突然的負偏,不同剖面銅同位素的負偏幅度與銅元素富集程度相關;在滅絕事件之后則發生明顯的正漂移,反映了二疊紀生物大滅絕期間大量外源物質的輸入。

                        汞元素及其同位素被認為是指示全球火山作用的化學代用指標,在二疊紀末生物大滅絕的研究中已廣泛應用。本研究中,在華南四個陸相剖面二疊紀末大滅絕期銅富集層位發現汞元素高達近百倍的富集,且不受控于有機碳的富集程度。同時,汞同位素質量分餾和非質量分餾在二疊紀末大滅絕事件發生期間也發生了明顯變化。

                        富銅沉積層中熔體包裹體具有極高濃度的銅元素和硫元素,保持穩定的比例關系,且鐵含量較低,指示二疊紀末大滅絕層位高濃度銅元素有可能來自于火山噴發產生的蒸汽或氣溶膠中硫化物液滴的直接沉積。這些硫化物液滴與宿主火山物質的礦物學和化學成分一致,表明它們來自酸性火山活動。已報道的二疊紀-三疊紀過渡期內酸性火山物質和汞異常,主要分布在特提斯洋和岡瓦納南部古太平洋邊緣周圍,表明噴發中心在華南地塊南部或/和西南方向,而不是西伯利亞。

                        根據地層中銅元素等的豐度和分布范圍,研究推測華南周緣的火山活動最少釋放超過19億噸的銅和幾十億噸的二氧化硫,這種爆發通量是現代火山活動二氧化硫年通量的10-200倍。酸性火山噴發釋放的大量富硫氣溶膠穿透對流層后滯留于平流層導致全球千年尺度的“火山冬天”,這種快速降溫與隨后的快速升溫可能比火山作用導致的長期逐漸升溫對生物的影響更致命。故此,華南周緣大規模酸性火山噴發亦是二疊紀末生物大滅絕的重要誘因之一。

                        以往二疊紀末生物大滅絕的研究多集中在海洋沉積記錄上,而陸相二疊紀末生物大滅絕的研究相對較少。該研究結合高精度同位素地質年代學、微量元素和同位素等地球化學,以及陸地生物滅絕模式和火山物質記錄,在陸地上建立了火山活動和二疊紀末生物大滅絕之間的聯系。盡管這一研究不否定西伯利亞大火成巖省對二疊紀末生物大滅絕事件的影響,但結合我國東部地區、昆侖山脈、金沙江流域、澳大利亞東部、南美洲西部等地區二疊紀-三疊紀之交廣泛存在的大規模二疊紀-三疊紀之交酸性火山噴發記錄,證明特提斯洋中和泛大陸周邊的大陸巖漿弧酸性火山噴發導致的環境災難遠超以往的認識,或是2.52億年前這次最大的生物滅絕事件的主要“兇手”之一。

                        研究工作得到中科院戰略性先導科技專項、科技部及國家自然科學基金委的資助。

                        論文鏈接 

                      圖1.華南陸相剖面二疊紀-三疊紀過渡期富銅沉積物和炭屑

                      圖2.華南陸相二疊系-三疊系官壩沖剖面的巖石地層、化石記錄、有機碳同位素、銅元素富集和同位素異常

                      圖3.華南二疊紀大滅絕期間富銅沉積形成過程示意圖

                      打印 責任編輯:侯茜

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