 華南陸相剖面二疊紀—三疊紀過渡期富銅沉積物及炭屑（ABC是火索火山富銅沉積物，D是規模炭屑化石，南京古生物所供圖） （神秘的疊紀的導地球uux.cn報道）據科學網：2.52億年前的二疊紀末生物大滅絕被認為是地質歷史上發生的最嚴重的生物滅絕事件。已有的末生滅絕研究顯示，二疊紀末生物大滅絕事件持續約6萬年，火索火山導致81%的規模海洋生物物種和約89%的陸地生物物種先后滅絕。那么，疊紀的導二疊紀末生物大滅絕的末生滅絕導火索是什么？ 中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）和南京大學等多家單位合作開展研究發現，西伯利亞大規模基性火山噴發并非二疊紀末生物大滅絕的火索火山唯一推手，特提斯洋中和泛大陸周邊的規模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，可能是疊紀的導這次最大的生物滅絕事件的主要兇手之一。相關研究成果11月17日發表于《科學進展》。末生滅絕 華南與西伯利亞的火索火山記錄不一致 在解釋二疊紀末生物大滅絕的原因時，此前的研究大多將其歸咎于二疊紀—三疊紀之交西伯利亞大火成巖省的基性火山噴發，因其規模最大，導致大量溫室氣體釋放和快速升溫、海水酸化和缺氧，而特提斯洋和其他地區的酸性火山作用通常被低估甚至忽略。 “盡管被認為是二疊紀末生物大滅絕推手，但西伯利亞大火成巖省所在區域卻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。”論文第一作者、南京古生物所研究員張華告訴《中國科學報》，一些最新的古生物資料表明，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并沒有華南地區嚴重。 張華指出，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，并一直持續到生物滅絕事件之后約50萬年，西伯利亞大火成巖省有1/3的噴出巖和主體巖漿巖侵入時間均在華南的二疊紀生物大滅絕之后。“無論是大滅絕發生的時間和火山作用持續的時間，華南與西伯利亞的記錄都存在不一致的現象。” 近年來的研究顯示，二疊紀末生物大滅絕的模式和精確時間大都來自于華南的地質記錄，尤其是浙江長興煤山剖面的研究表明，這次生物大滅絕發生在兩層火山灰之間，因此，大規模火山噴發自然而然成為二疊紀末生物大滅絕原因的最流行的解釋。 張華介紹，我國現在的西南地區在2.52億年以前曾經處于熱帶雨林地區，形成大規模森林和煤層，海陸相生物均非常繁盛，但在2.52億年前的二疊紀末遭到重創，導致熱帶雨林消失、成煤作用停止、土壤系統崩潰，氣候快速干旱化等環境災變。我國四川、云南、貴州等地的陸相二疊系—三疊系界線剖面記錄了這一災難事件的全過程。 大滅絕的一個重要誘因 自2010年開始，中國科學院院士沈樹忠帶領的晚古生代團隊與國內外團隊開展合作研究，在云貴川地區的陸相二疊系—三疊系剖面生物大滅絕層位發現，銅超千倍的異常富集，并同時伴隨有汞元素的異常、大規模炭屑沉積，銅同位素和汞同位素的異常波動等。 科研團隊通過大滅絕層位富銅巖石的礦物學和地球化學研究表明，這些高濃度的銅來自于華南板塊周邊特提斯洋中大陸巖漿弧酸性火山噴出的氣溶膠中富硫化物液滴的直接沉積，從而提供了華南周邊地區大陸巖漿弧的酸性火山噴發與二疊紀末陸地生態系統崩潰的時空耦合關系。 根據地層中銅元素等的豐度和分布范圍，科研團隊推算出華南周緣的酸性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，這種噴發通量是現代火山活動二氧化硫年通量的10～200倍。 火山富銅礦物和陸地植被燃燒產物炭屑的同時富集保存，反映大規模的火山噴發導致了陸地森林大火盛行，摧毀了陸地植被系統；火山釋放的大量富硫氣溶膠穿透對流層后滯留于平流層可能導致全球百—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。”張華說。 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，科研團隊得出結論，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一個重要誘因。 相關報道：研究發現華南周緣大規模酸性火山噴發也是二疊紀末生物大滅絕的重要誘因 （神秘的地球uux.cn報道）據中國科學院南京地質古生物研究所：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%的海洋生物物種和89%的陸地生物物種在很短的時間內滅絕。由中國科學院南京地質古生物研究所和南京大學等國內外多家單位的學者組成的研究團隊發現華南周緣大規模酸性火山噴發也是二疊紀末生物大滅絕的一個重要誘因，而曾經所認為的西伯利亞大規模基性火山噴發也并非二疊紀末生物大滅絕的唯一推手。相關研究成果于11月17日在線發表于國際知名刊物《科學進展》(Science Advances)。 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于華南的地質記錄，然而，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并沒有華南地區嚴重。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，并一直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。因此，無論是大滅絕發生的時間和火山作用持續的時間，華南與西伯利亞的記錄都存在不一致的現象。 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。通過對康滇古陸的陸相和海陸過渡相二疊系-三疊系剖面的研究表明，上二疊統宣威組中含有非常豐富的煤炭資源和高度分異、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。與此同時，還表現出成煤作用停止、土壤系統崩潰、氣候快速干旱化。因此，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，但到二疊系-三疊系過渡層中卻有著高達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。 研究團隊還創新性地將銅同位素應用到生物大滅絕事件的研究之中，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；但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；而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被廣泛應用。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同樣也發現汞元素高達近百倍的富集，并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的變化。 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，并且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極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，強烈表明它們來自酸性火山活動。諸多已報道的二疊紀-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，研究人員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一個重要誘因。 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。這項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。盡管這項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，可能是2.52億年前這次最大的生物滅絕事件的主要兇手之一。 南京大學沈樹忠院士為論文通訊作者，南京古生物所張華研究員為論文第一作者。此項研究得到中國科學院先導專項、科技部以及國家自然科學基金委的資助。 文章信息：Zhang, H., Zhang, F.F., Chen, J.B., Erwin, D.H., Syverson, D.D., Ni, P., Rampino, M., Chi, Z., Cai, Y.F., Xiang, L., Li, W.Q., Liu, S.A., Wang, R.C., Wang, X.D., Feng, Z., Li, H.M., Zhang, T., Cai, H.M., Zheng, W., Cui, Y., Zhu, X.K., Hou, Z.Q., Wu, F.Y., Xu, Y.G., Planavsky, N., Shen, S.Z., 2021. Felsic volcanism as a factor driving the end-Permian mass extinction. Science Advances 7, eabh1390. https://science.org/doi/10.1126/sciadv.abh1390. 相關報道：中外科研團隊發現二疊紀末生物大滅絕新“兇手” （神秘的地球uux.cn報道）據中國新聞網（記者 葛勇 江蘇南京報道）：11月19日，中新社記者從中國科學院南京地質古生物研究所了解到，經國內外科研團隊多年合作，科學家發現華南周緣大規模酸性火山噴發也是二疊紀末生物大滅絕的重要誘因及“兇手”。 該研究提出，2.52億年前，特提斯洋中和泛大陸周邊的大陸巖漿弧酸性火山噴發所導致的環境災難遠超以往的認識。參與本次研究的科研人員張華認為，以往的研究在解釋這次滅絕的原因時都歸咎于西伯利亞大火成巖省的基性火山噴發，導致大量溫室氣體釋放和快速升溫、海水酸化和缺氧，而特提斯洋和其他地區的酸性火山作用通常被低估甚至忽略。 中國科學院南京地質古生物研究所研究員張華：特提斯洋中和泛大陸周緣的這種大陸(巖漿)弧中酸性火山噴發，對二疊紀末生物大滅絕產生了重大的影響，(但是)不否定西伯利亞大火成巖省(火山噴發)，對二疊紀末生物大滅絕的貢獻。 由南京大學沈樹忠院士和南京地質古生物研究所張華研究員領銜的晚古生代團隊與國內外合作者通過多年的研究證明，火山富銅礦物和陸地植被燃燒產物炭屑的同時富集保存，反映大規模的火山噴發導致了陸地森林大火盛行，摧毀了陸地植被系統；火山釋放的大量富硫氣溶膠穿透對流層后滯留于平流層可能導致全球百-千年尺度的“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。 中國科學院南京地質古生物研究所研究員張華：這些火山噴發產生大量二氧化硫以及硫化物，這種硫化物如果是以氣溶膠的形式存在，它會穿透地球的對流層到達平流層，到達平流層之后，它會比較穩定地保留在平流層當中持續一段時間，陽光很難照射到地球上，造成了“火山冬天”的效應。能導致短期內降溫4攝氏度，這種快速降溫、快速升溫，可能比我們之前認為的火山噴發帶來的“溫室效應”，要對地球生命的影響更為嚴重。 該研究由中國科學院南京地質古生物研究所和南京大學等多家單位聯合完成，在線發表于國際知名刊物《科學進展》。 |