中国科大在应用锂同位素研究二叠纪末生命灭绝事件方面取得重要进展 2018-03-27

中国科学技术大学地球和空间科学学院和中国科学院壳幔物质与环境重点实验室肖益林教授团队和沈延安教授团队在二叠纪末生命大灭绝事件的过程和机制研究方面取得重要进展,首次系统测定了全球二叠-三叠界线的“金钉子”剖面——中国浙江煤山剖面的锂(Li)同位素组成,并通过动态模型计算,重建了这一重大地质历史时期海水的Li同位素组成及其变化趋势。研究结果显示,迅速增强的大陆风化作用导致海水组成的变化是二叠纪末生命大灭绝事件的重要环境因素。相关研究成果在线发表在2018年3月26日出版的国际权威综合学术期刊《美国科学院院报》(PNAS)上。 

 

距今约2.52亿年的二叠/三叠纪之交发生了地质历史时期最为严重的全球生物集群灭绝事件,这一事件在很短时间内造成了超过80%的海洋生物和70%的陆地生物的灭绝。长期以来,对于造成这次生命大灭绝的原因一直存在巨大争议,科学家曾提出“天体撞击”、“大规模火山喷发”、“海底可燃冰的快速分解”、“海水缺氧”等多种假说和解释,但具体的驱动机制和环境因素目前学界尚未形成统一的认识。 

 

该研究表明,在灭绝事件发生前夕,海水的Li同位素组成发生了显著的降低(图1),这一特征一直持续到了早三叠世初,指示了当时快速增强的全球性的大陆风化作用。同时,海水的Li同位素变化时段与地质历史时期最大规模的火山作用——西伯利亚大火成岩省的喷发时间高度吻合,表明这一时期全球性风化作用的突变很可能源自于西伯利亚火山的大规模爆发。研究者们认为,巨量的基性溢流玄武岩喷发至地表、火山喷发造成的温室气体浓度急剧升高、全球性的酸雨气候等为全球性陆地风化作用增强提供了必要的条件。

 

图1 二叠-三叠纪交界时期海水Li同位素变化 

 

研究指出,迅速增强的大陆风化作用能够将地表巨量的离子和营养盐输送至海洋,从而引发海水的富营养化和海洋酸化,进而导致海水缺氧、透光带降低等危及当时海洋中生命生存的环境系统,这一效应积累到海洋生命所能承受的阈值后,最终引发海洋生态系统的崩溃并造成二叠纪末生命在短时间内大量灭绝(图2)。在这一地球表层系统的转化过程中,作为联系海洋和陆地生态系统的“纽带”,大陆风化的增强在二叠纪生命大灭绝事件中很可能起到了非常关键的作用。 

 

图2 大陆风化作用变化与海洋环境变化关联卡通图解 

 

文章第一作者为地空学院肖益林教授团队的孙贺博士,中国科学技术大学为第一作者单位,肖益林教授、高永军副研究员(美国休斯敦大学)和沈延安教授为共同通讯作者。该工作得到中国科学院先导项目(B)和国家自然科学基金委项目以及“111”计划的共同资助。 

https://doi.org/10.1073/pnas.1711862115

 

(地球和空间科学学院、科研部)


     
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