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我国学者与海外合作者在二叠纪末生物大灭绝研究中取得进展
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分类:  创建于:2022-10-10 被查看:1406次

图 基于生物标志化合物单体同位素重建的二叠纪末生物大灭绝时期大气二氧化碳浓度及古海洋初级生产力群落结构的演化

  在国家自然科学基金项目(批准号:42072034、41888101)资助下,北京大学地球与空间科学学院沈佳恒研究员与海内外合作者在二叠纪末生物大灭绝研究中取得进展。相关研究成果以“远古叶绿素揭开2.5亿年前超长温室/极热气候与生物大灭绝(Early and late phases of the Permian–Triassic mass extinction marked by different atmospheric CO2 regimes)”为题,于2022年10月3日在线发表在《自然·地球科学》(Nature Geoscience)期刊上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41561-022-01034-w。

  发生在距今约2.5亿年前的二叠纪末生物大灭绝是地球生命演化史中最大规模的一次生物集群灭绝。西伯利亚大规模火山活动被认为是此事件的“元凶”,而后引发的一系列气候环境变化使得生物面临灭顶之灾。然而此一系列气候、环境和生物演化机制还有待于进一步厘定。针对此问题,该项研究通过对广元上寺剖面样品进行叶绿素的生物标志化合物单体碳和氮同位素的测定,提供了直接的气候变化以及古海洋初级生产群落结构演化的地质记录,并结合模型进一步诠释了该时期两幕生物灭绝的不同机制。

  研究认为第一幕灭绝时的低pCO2是由于西伯利亚早期大规模玄武岩喷发产生大量新鲜可风化物质而非强烈排气作用。此阶段脉冲式风化能力的增强可有效抑制大气中二氧化碳的累积,并带入大量营养盐和矿物至海洋,增加海洋碱度,缓冲海洋碳酸盐平衡体系和海水pH值变化;而营养盐的大量输入导致海洋富营养化,促使真核藻类繁盛,此条件伴随着高生产力出口导致海洋出现短暂且严重的缺氧环境,从而使得生物灭绝。而后,长时间西伯利亚火山活动的持续作用耗尽了表层可风化物质,导致硅酸盐风化反馈失效,失去调节大气二氧化碳的能力。此临界点(第一幕灭绝)标志着大气二氧化碳开始累积,海洋缓冲能力失效;同时营养通量急剧减少,导致生产力下降,海洋缺氧情况得以缓解。此临界点后,二氧化碳快速上升,气候变暖,海洋分层加剧;同时海洋贫营养环境促使了蓝细菌以绝对优势全面取代真核藻类(图)。由此,海洋食物链底层的生产群落崩溃以及生产力出口通量的削弱最终导致了早三叠持续高的大气二氧化碳浓度以及海洋酸化,从而引发了第二幕灭绝。全球碳循环模型也定量验证了早三叠世的长期高pCO2不仅是由火山活动引发的,而是从根本上,由海洋生态系统特性结构的变化所导致的。

  基于以上,该研究提出二叠纪末两幕式生物大灭绝具有根本不同的灭绝机制特征。第一幕的特点是富营养化、缺氧而导致丧失栖息地的灭绝,而第二幕是极热、高碳酸血症、食物网崩溃的灭绝。该项研究有助于解释为什么二叠纪末生物大灭绝是地球历史灭绝之最。
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