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2.5億年前地球生命大滅絕主因或為“硫酸雨”
2022-06-19 09:39:16   來源:化石網   評論:0 點擊:

悉尼盆地二疊-三疊紀生物地層及硫同位素組成(化石網整理)據中國科學技術大學:距今約2 5億年的二疊紀末期,地球上發生了最大規模的生命滅絕事件,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


悉尼盆地二疊-三疊紀生物地層及硫同位素組成

(化石網整理)據中國科學技術大學:距今約2.5億年的二疊紀末期,地球上發生了最大規模的生命滅絕事件,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研究,提出西伯利亞大火成巖省噴發產生的硫酸鹽氣溶膠在全球范圍內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”為題發表于地球科學綜合學術期刊《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)。
 
在關于二疊紀末生命大滅絕的環境和機制研究方面,國內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研究較少。傳統觀點認為,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大多保存不完整或者缺少關鍵層位。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是海洋環境惡化和生物滅絕的關鍵驅動力,但研究者們對這次火山噴發是否影響南半球氣候和陸地環境變化一直沒有明確的答案。第二:現在越來越多的證據表明,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境因素可能不同”。
 
研究團隊對1000多米長的鉆孔和相關地層進行了詳細的測量和多種數據分析,首先精確地確定了陸相生物在悉尼盆地滅絕的層位,年齡數據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。研究發現,硫同位素在陸相生物滅絕層位發生了巨大的波動變化(如圖)。具體表現為三個階段,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)硫同位素發生非常顯著的降低,滅絕發生以后(第III階段)硫同位素的分布與滅絕前基本一致。
 
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果在海洋體系和湖相體系的表現有顯著的差別。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。研究結果證明北半球西伯利亞大火成巖省噴發產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果將火山噴發以及南、北半球的氣候和環境變化有機聯系起來。研究結果表明,硫酸鹽氣溶膠的全球擴散對當時的地表環境造成了嚴重破壞,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、持續的酸雨、以及臭氧層的減薄等環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新研究群體、青年基金和博士后創新人才計劃的支持。
 
 
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(化石網整理)據新華網:約2.5億年前,地球上發生了一次最大規模的生命滅絕事件,超過70%的陸地生物和90%的海洋生物消失。中國科學技術大學沈延安教授課題組最新研究認為,當時西伯利亞“超級火山”把巨量二氧化硫噴入大氣,導致地球表層遭受硫酸型酸雨腐蝕等災害,這可能是陸地生命大滅絕的主要原因。
 
地球歷史上曾發生5次大滅絕,約2.5億年前二疊紀末的第3次最慘烈。海洋中的三葉蟲、棘魚、古珊瑚等滅絕,陸地上大部分動物和昆蟲滅絕,植物的大量滅亡使該時期的煤層缺失。這次生命大滅絕的原因和機制,一直是學界關注的重大課題。
 
沈延安課題組和國外研究者合作,對澳大利亞悉尼盆地二疊紀到三疊紀地層進行研究。通過對長1000多米的地下鉆孔樣品和相關地層進行測量分析,研究者測定了陸地生物在悉尼盆地滅絕的層位,由此確定了它們的滅絕時間。
 
進一步對相關地層的黃鐵礦進行高精度測試發現,在陸地生物滅絕前后,黃鐵礦的硫同位素含量基本一致,唯獨在滅絕期顯著降低。
 
“我們研究發現,硫同位素的這種異常,與當時悉尼盆地湖水中的硫酸鹽濃度急劇升高有關。”沈延安課題組李夢涵博士說,這些硫酸鹽來自大氣沉降,源于西伯利亞“超級火山”噴發。
 
西伯利亞“超級火山”從二疊紀末期起持續噴發數十萬年,引發地球生態的連鎖反應。本次研究表明,火山噴發出的二氧化硫轉化成硫酸鹽氣溶膠在全球擴散,形成“硫酸雨”腐蝕地表環境系統,此外還產生“冰室效應”使全球變冷等,導致陸地生命大滅絕。
 
日前,國際學術期刊《地球與行星科學通訊》發表了該成果。

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