?

距今約2.5億年的二疊紀末期，地球上發(fā)生了最大規(guī)模的生命滅絕事件，造成海洋中超過90%以及陸地上超過70%的物種消失。中國科學技術(shù)大學李夢涵博士以高精度硫(S)同位素分析為主要手段對澳大利亞悉尼盆地的二疊-三疊紀地層進行了系統(tǒng)研究，提出西伯利亞大火成巖省噴發(fā)產(chǎn)生的硫酸鹽氣溶膠在全球范圍內(nèi)的擴散和沉降是陸相二疊紀末生命大滅絕的重要因素這一新觀點。相關(guān)研究成果近日以“Sulfur isotopes link atmospheric sulfate aerosols from the Siberian Traps outgassing to the end-Permian extinction on land”為題發(fā)表于地球科學綜合學術(shù)期刊《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）。

在關(guān)于二疊紀末生命大滅絕的環(huán)境和機制研究方面，國內(nèi)外學者的研究大多集中于海洋生物的滅絕及其機制方面，而對陸地生命滅絕的相關(guān)研究較少。傳統(tǒng)觀點認為，陸地和海洋生物幾乎是同時滅絕的，因此它們滅絕的原因和機制是相同的。此外，二疊-三疊紀陸相地層在全球范圍內(nèi)大多保存不完整或者缺少關(guān)鍵層位。因此陸相二疊紀末生命大滅絕的原因和機制一直是地球科學領域具有挑戰(zhàn)性的科學問題。針對這一科學問題，沈延安課題組和美國康涅狄格大學教授、國際沉積學會副主席Tracy Frank課題組開展合作共同對澳大利亞悉尼盆地陸相二疊-三疊紀地層進行了多學科系統(tǒng)研究，探究陸相二疊紀末生命大滅絕之謎。

論文的第一和通訊作者李夢涵介紹說：“悉尼盆地在二疊-三疊紀時期位于南半球大約33°這一特殊的古地理位置，其研究結(jié)果將幫助我們回答兩個重要的科學問題。第一：二疊紀末期位于北緯60°的西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)是海洋環(huán)境惡化和生物滅絕的關(guān)鍵驅(qū)動力，但研究者們對這次火山噴發(fā)是否影響南半球氣候和陸地環(huán)境變化一直沒有明確的答案。第二：現(xiàn)在越來越多的證據(jù)表明，二疊紀末陸地和海洋生命大滅絕不是同時的，陸地生物的滅絕時間早于海洋生物，因此導致它們滅絕的環(huán)境因素可能不同”。

研究團隊對1000多米長的鉆孔和相關(guān)地層進行了詳細的測量和多種數(shù)據(jù)分析，首先精確地確定了陸相生物在悉尼盆地滅絕的層位，年齡數(shù)據(jù)表明悉尼盆地陸地生物的滅絕要早于全球海洋生物滅絕事件大約20-60萬年。在此基礎上研究團隊對鉆孔樣品中的黃鐵礦開展了高精度硫同位素測試。研究發(fā)現(xiàn)，硫同位素在陸相生物滅絕層位發(fā)生了巨大的波動變化（如圖）。具體表現(xiàn)為三個階段，滅絕前（第I階段）的硫同位素變化范圍較小，但在陸地生命滅絕時期（第II階段）硫同位素發(fā)生非常顯著的降低，滅絕發(fā)生以后（第III階段）硫同位素的分布與滅絕前基本一致。

圖：悉尼盆地二疊-三疊紀生物地層及硫同位素組成

該研究認為，陸地生物滅絕期間硫同位素的顯著降低是由于悉尼盆地湖水中的硫酸鹽濃度急劇升高導致的。與海水中的硫酸鹽濃度相比較，湖水中只含有微量的硫酸鹽，因此微生物硫酸鹽還原作用及其同位素分餾機制和結(jié)果在海洋體系和湖相體系的表現(xiàn)有顯著的差別。悉尼盆地的硫同位素記錄表明，導致湖水中硫酸鹽含量急劇升高的主要原因是大氣中硫酸鹽氣溶膠的沉降，而硫酸鹽氣溶膠則來源于西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)。研究結(jié)果證明北半球西伯利亞大火成巖省噴發(fā)產(chǎn)生的硫酸鹽氣溶膠通過擴散和傳輸達到了南半球并沉降至悉尼盆地，因此硫同位素的研究結(jié)果將火山噴發(fā)以及南、北半球的氣候和環(huán)境變化有機聯(lián)系起來。研究結(jié)果表明，硫酸鹽氣溶膠的全球擴散對當時的地表環(huán)境造成了嚴重破壞，這對陸相二疊紀末生命滅絕的研究具有重要啟示。研究提出硫酸鹽氣溶膠全球擴散、沉降及其導致的地球表層氣溫間歇性地陡然下降、持續(xù)的酸雨、以及臭氧層的減薄等環(huán)境效應是悉尼盆地陸相二疊紀末生命滅絕的重要因素這一新觀點。

該項研究受到國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體、青年基金和博士后創(chuàng)新人才計劃的支持。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22002709

(地球和空間科學學院、科研部)