古海洋氧化还原条件的遗迹化石定量表征特征:以华南二叠纪末生物大灭绝事件为例

地质历史时期的重大生物—环境事件往往伴随着古海洋海水氧化还原条件的改变,而遗迹化石作为原位保存的生物成因沉积构造,对于解读古海洋氧化还原条件具有显著的优势。通过对前人常用的遗迹学参数进行分析总结,发现遗迹化石多样性、生物扰动强度、潜穴直径、特征遗迹化石组合这4项定量参数可以表征古海洋氧化还原条件的变化。文中以华南二叠系乐平统遗迹化石及生物扰动构造作为研究对象,系统分析了二叠纪末生物大灭绝事件前后遗迹化石参数表征的古海洋氧化还原条件变化特征:自吴家坪期晚期华南古海洋开始出现缺氧,然而该缺氧状态在长兴期不具有持续性,而是呈现出周期性缺氧/贫氧→富氧/有氧的波动特征;在二叠纪末生物大灭绝之前,煤山剖面高精度的定量遗迹学参数指示长兴组24e层顶部存在缺氧事件,并与大灭绝事件有着良好的对应关系。这一实例具体展示了遗迹学参数在古海洋水体氧化还原条件重建中应用前景广阔。

三叠纪末期全球生物大灭绝事件研究综述

三叠纪末期生物大灭绝是全球地质历史时期5大生物灭绝事件之一,它致使海洋生态系统中约53%的属和80%的种灭绝。显著灭绝的生物包括菊石亚纲、牙形类、放射虫目和陆地四足动物,发生部分灭绝的生物包括腕足动物门、介形亚纲、双壳纲和珊瑚纲等。中大西洋火成岩省(CAMP)的爆发与三叠纪末期生物大灭绝在时间上具有较高的一致性,其火山的高强度和大面积喷发被认为是导致此次灭绝事件发生的主要原因。CAMP爆发释放出大量的CO_(2)、SO_(2)和CH_(4)等气体,一方面温室效应促使海平面升高,物种栖息地面积减少、海洋酸化和海洋缺氧等事件直接威胁着海洋和陆地生物的生存环境;另一方面温室效应亦会引发全球性森林火灾,造成陆地植物减少,大量植物碳屑注入海洋使其发生富营养化,又因伴随海洋酸化作用(碳酸化和硫酸化),海洋古生产率发生崩溃。不同地质时期生物大灭绝的发生往往伴随着剧烈的环境变化,在三叠纪末生物大灭绝期,这些变化多表现为古大气成分和古气温动荡、古火灾频繁、海洋酸化、海平面升高和海水缺氧等,它们之间的综合作用最终导致三叠纪末期全球生态系统失稳。在全球多个三叠纪—侏罗纪之交(TJB)剖面均可以识别出3次明显的碳同位素负偏移,最显著的1次发生于瑞替期末,早于TJB。上述情况说明,三叠纪末期生物大灭绝虽然是全球性事件,但并不是1次发生的,具有分阶段性、非同步性、区域性和有选择性等特点。

三叠纪末生物大灭绝期间初始海洋生物扰动事件与甲烷释放之间的关系

对羌塘盆地温泉剖面进行了有机碳同位素的测定,并且对比了同期全球其他剖面的数据,得出有机碳同位素的变化主要受到二氧化碳和甲烷等温室气体浓度的影响。这些温室气体可能与中大西洋大火成岩省相关的火山活动有关,这些火山运动造成了洋底甲烷水合物释放出大量的甲烷和二氧化碳,从而改变了三叠纪-侏罗纪过渡时期的古气候,并且引起了晚三叠世生物集群式灭绝中的初始生物扰动事件。

菌藻类繁盛:晚泥盆世大灭绝的疑凶?

广西桂林杨堤剖面的地球化学数据显示晚泥盆世弗拉期末—法门期海平面波折上升、水体从富氧变为贫氧,同时无机、有机碳同位素(δ13Ccarb和δ13Ckerogen)分别从+0.43(‰V-PDB)→+3.54(‰V-PDB)和-29.38(‰V-PDB)→-24.14(‰V-PDB),可以与北美、欧洲等地进行对比.通过对海平面变化、缺氧程度分析,并结合岩石薄片,我们认为这种快速正向波动是由以菌藻类生物为主要生产者的海洋生产力迅速增加引起的.镜下观察发现,F-F大灭绝中菌藻类不但未受影响反而更加繁盛.与之相对应,对营养盐P及菌藻类生长刺激元素Fe、Zn的研究也发现在晚弗拉期出现几次含量突增.更值得注意的是其来源主要由陆地输入,这就印证了晚泥盆世陆生植物大规模繁盛使得生物化学风化盛行,导致地表径流向陆表海输送的营养物质增加改变了海洋化学环境,富营养化的海水使菌藻类繁盛并造成其他生物灭绝的假说.

中国西南地区二叠纪乐平世陆生生物大灭绝期煤中砷和硒的演化及古环境意义

为了探讨中国西南地区二叠系乐平统（上二叠统）龙潭组中下部煤系不同煤组分中砷、硒的含量和演化及古环境意义，对近10年来采集于中国西南扬子地台的二叠系乐平统龙潭组主采煤层的原煤、亮煤、煤矸石、黄铁矿结核等样品中砷、硒元素含量进行了测定和分析，并与中国华北地台一些煤矿的上石炭统－下二叠统太原组、山西组的原煤、镜煤、亮煤、煤矸石、黄铁矿结核等样品中砷、硒含量进行对比分析。结果表明：西南地区乐平统龙潭组煤的砷、硒含量变化较大，但总体高于华北晚石炭世和早二叠世煤的砷、硒含量；西南二叠系乐平统龙潭组大多数的亮煤中砷、硒含量高于原煤全煤样（刻槽样）中的砷、硒含量，也远远高于同煤层煤矸石的含量，龙潭组部分亮煤的砷含量尤其高，为5．5～33．8mg／kg，还发现砷含量为89mg／kg的亮煤。但华北上石炭统－下二叠统的镜煤中的砷、硒含量与之相反，低于原煤全煤样的砷、硒含量，其中砷含量非常低，为0．63～1．29mg／kg。说明西南地区上二叠统煤中的砷和硒与煤的有机质密切相关，可能主要来源于成煤古植物。在西南乐平世早、中期第1幕陆生生物集群灭绝事件期间，陆生动物的食物——植物中有毒有害元素砷、硒含量明显增加，陆生环境或泥炭沼泽中可溶性砷、硒含量增加。

论大灭绝后的幸存类型、复活效应与避难所

大灭绝后生物的幸免实质上是对灾变恶化环境的忍耐和适应生存。幸存分子能提供大灭绝规模和残存机制的部分信息。历次大灭绝后的残存与复苏有不同的形式,不同生物类群和同一类群中的不同生物对大灭绝事件更有不同的应对策略。在识别奥陶纪末大灭绝后3种幸存类型(“扩增幸存型”、“减缩幸存型”和“复活型”)的基础上,文中进一步指出,“减缩幸存型”的研究有助于理解“复活型”的含义。复活效应的识别应建筑在较高质量的化石记录基础上,但实践中寻找真正的复活生物却非易事。复活分类单元并不一定反映大灭绝的强度,其数量是受许多条件限制的;不同的大灭绝事件对不同门类(或类群)的冲击程度不一样,其复活表现形式也各不相同;并非每次大灭绝、每种生物类别都发育复活分子的。因此,复活效应和复活生物在大灭绝过程中的意义比过去想象的小得多。分析复活现象须掌握全球、而非局部地区的资料。在灾变时期,典型、常见分子是识别一个动物群的标志,而稀有分子更有助于复活效应的研究。史前避难所包含古地理、古生态、古环境和宏演化四方面因素,其识别和确定需寻找尽可能多的证据。史前“减缩幸存型”研究可能会给当今生物界研究一个有益的启示,即“濒危种”不一定完全陷入“穷途末路”之境地,而是仍有续生(或复活)的可能。

华南奥陶纪末生物大灭绝的肇端标志——腕足动物稀少贝组合(Manosia Assemblage)及其穿时分布

奥陶纪末生物大灭绝与冈瓦纳大陆冰盖的形成与消融密切关联的认识已被广泛接受;同时,赫南特贝腕足动物群(Hirnantia Fauna)常被视作这次大灭绝的肇端标志。本文通过对扬子区-全球环境巨变的一个缩影-相关层段的腕足类的研究,改变了后一认识。上扬子区五峰组(笔石页岩相)与观音桥层(介壳相)之间,以及下扬子区新开岭层之中的"混合相地层"(既产笔石,又产介壳相生物),代表奥陶纪最晚期沉积-生物-环境发生重大变化的过渡阶段,记录了南方大陆冰盖的形成对华南各地影响的开始;只因厚度小、研究少,该段地层及其所含化石群长期未被重视。根据半个世纪积累的材料,本文系统记述了该混合相地层的优势化石腕足类稀少贝(Manosia);根据保存腕螺构造的珍贵标本,证实它是无洞贝目的成员,暂归于无洞贝科;通过识别稀少贝组合(Manosia Assemblage)的基本特征和时空分布,探讨它的群落生态、环境及其标志意义。奥陶纪末的华南板块处于一个相对孤立的古地理位置,且稀少贝幼虫的漂浮能力不强,故未能"飘洋过海"离开华南板块一步;尽管如此,东西向从滇东北到苏南,南北向从陕南到黔北,它成为一个机遇泛滥属种,遍布于整个扬子海域,栖居于深水、低能、贫氧的底域(BA4-5)。稀少贝组合的地层历程从上奥陶统凯迪阶顶部(Diceratograptus mirus亚带)到赫南特阶下部(Normalograptus extraordinarius带中下部);其短暂的历程反映全球气候和海洋环境扰动对扬子海域不同地区造成的影响之开始。这里有一个"先浅水、后深水"的穿时过程:①在上扬子区浅水海域,它仅限于凯迪末期,几乎同时迁移到较深水域并延续到赫南特初期;②侵入到下扬子深水海域则是到赫南特早期并在中期灭绝。因此,华南奥陶纪末大灭绝的起步标志不是赫南特贝动物群本身,而是稀少贝组合的出现;大灭绝的肇端并非始于赫南特初期,而是凯迪末期。同时可能也指示大陆冰盖的形成对世界其他板块不同水深海域的影响也不是等时的。赫南特早中期扬子海域生物群分布状况演变得非常复杂。奥陶纪末生物大灭绝与全球气候和海洋环境的剧变相伴发生,是显生宙唯一一次与冰川活动有密切关联的特大事件。

浙江长兴煤山二叠纪末大灭绝化石记录的置信区间分析

化石的保存与采集普遍具有随机性 ,以至直接观察结果往往不能反映真实的生物分类单元延限以及生物事件 ,而必须对化石记录进行统计分析 ,从定量的角度发掘其可信内涵。浙江长兴煤山地区二叠系 三叠系剖面的化石资料经过数十年采集研究 ,已提出多期生物群灭绝模式。文中运用置信区间作了分析 ,说明长兴期末生物大灭绝为突发性。

物种大灭绝

35亿（3500 Ma）年以来地球上生存过大约40亿种生物,其中99%现在已经不存在了。这表明物种灭绝是很正常的。但是有的时期物种灭绝率相对较高,被称为大灭绝（mass extinction）[1]。公认的大灭绝共有5次,都发生在古生代（540～250 MaBP）及中生代（250～65MaBP）。

华南奥陶纪末大灭绝后腕足动物是否存在“小型化效应”？

小型化效应(Lilliput effect)一般是指灭绝事件后生物个体相对于事件前明显变小的一种演化现象。为了更深入研究,文中将它分为狭义与广义两种类型:狭义型是指它的原始定义,专门针对种级分类单元的小型化,因研究条件苛刻而导致相关研究很少;广义型是指高于种级分类单元的小型化,已有一些实例。文章对华南奥陶纪末大灭绝前后"Katian晚期"、"Hirnantian"及"Rhuddanian初期"3个时期的腕足动物个体大小数据,依"属"、"超科"及"目"3级分类单元有选择地进行比较。分析结果表明,奥陶纪末大灭绝后残存期里较低级分类单元(属级)在个体大小变化方面显示较大的差异性,这与二叠纪末大灭绝后普遍的小型化有很大差别,这可能是因为奥陶纪末的灭绝强度远低于后者所致;同一较高级分类单元中不同属级分子个体变化趋势表现出较为一致的现象,反映出它们可能具有相似的灾难应对机制。

地球进入了第6次生物大灭绝

地球自距今5.4亿年寒武纪生物大爆发以来,由于环境变化等自然因素,已先后造成了5次生物大灭绝。尽管每次大灭绝使大批生物从地球上消失了,但也有些更能适应环境、更进化的生物保留下来并得到大发展,从而使地球上的生物一步一步地由低等进化为高等,而且最后成为最多样性、最繁盛的阶段。但自200年前工业革命以来,由于人类对生态环境的肆意破坏,已导致大批物种消失,使地球进入了第6次生物大灭绝。由于这次大灭绝的主要因素是人类引起的,因此其后果特别严重,如若不采取措施,最后灭绝的将是人类自己。

谁会是下一个被灭绝者——评《大灭绝时代》

《大灭绝时代》是2015年普利策奖纪实类获奖作品,该书追溯跌宕起伏的灭绝史,结合真实事例和专业知识,为读者描摹出当今世界的轮廓:第六次大灭绝已经来临。笔者通过介绍作者以及作品内容,分析《大灭绝时代》的写作特色,解读深刻的灭绝主题,进而揭示文中蕴含的生态哲理。

《大灭绝时代》的生态启示

《大灭绝时代》是美国作家伊丽莎白·科尔伯特的生态巨著。在书中,科尔伯特追溯远古物种灭绝史,借助真实事例和准确数字,宣告第六次大灭绝的来临,引导人类正视自己的行为给其他物种带来的影响。本文主要分析书中的灭绝事件和灭绝原因,揭示其中蕴含的反对人类中心主义的整体生态观。

泥盆纪末期生物大灭绝事件及在新疆西准噶尔的体现

新疆西准噶尔泥盆—石炭系之交地层发育良好,是研究泥盆纪末期生物大灭绝事件(Hangenberg事件)的重要地区。以往对Hangenberg事件的研究主要依据世界其他地区资料,对西准噶尔资料关注不多。基于对沙尔布尔提山地区3个代表性剖面地层学分析,表明西准噶尔缺乏其他地区普遍发育的Hangenberg黑色页岩事件层。作为Hangenberg事件的响应,西准噶尔的弓石燕类(Austrospirifer?sp.)动物群更替为管孔石燕-石燕贝(Syringothyris-Spirifer)动物群;Hangenberg事件中,海神石类Cymaclymenia、若干棱菊石类分子及极少数镜眼虫科三叶虫分子在西准噶尔残存。该事件后,至杜内期早期,新类型棱菊石类Acutimitoceras出现于西准噶尔。

生命的历程系列讲座(十三) 生物大灭绝启示录

当今地球鸟语花香、万紫千红,人类社会迈入了信息化的现代社会生活,很难想象过去漫长的地球历史上曾发生过多次惊天动地、凄惨无比的生物大灭绝。据有关方面统计,地球上曾存活过10亿至40亿种动、植物和菌类,而现在的物种观察估计仅有2000万种,所以绝大多数物种在地质历史长河中灭绝了,它们除部分是自然灭绝外,绝大部分是在生物大灭绝中消失的。那么,是什么原因导致了生物大灭绝事件?它们对我们有什么启示呢?

多国科学家发表研究报告——地球或正在新一轮物种大灭绝早期阶段

近日，多国科学家在美国《科学》杂志上发表研究报告说，尽管地球的生物多样性正处于其35亿年进化历程中的顶峰，但由于人为活动和破坏，地球可能正在进入新一轮物种大灭绝的早期阶段。

显生宙第一次生物大灭绝

地球历史上是否发生生物灭绝事件,一直是科学家非常纠结的疑问。直到20世纪80年代,美国地质学家路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨(L. W. Alvarez)和沃尔特·阿尔瓦雷茨(Z.W. Alvarez)父子等在美国《科学》杂志上发表文章,称他们在意大利、丹麦等地白垩系-第三系的界线黏土中发现了外来陨石特征的铱元素的高度异常现象,并提出曾经不可一世、占领大陆各个生态领域的恐龙是由于一颗小行星撞击地球导致灭绝的假说。于是,大灭绝开始得到国际学术界高度重视,各国学者开展了大量研究。

三叠纪末生物大灭绝

三叠纪是紧接着二叠纪之后的一个纪,是中生代的第一个纪。这个时代开创了爬行动物和裸子植物的空前繁盛。三叠纪始于距今2.52亿年,结束于2.01亿年前,延续了约5100万年。三叠纪的生物在经历二叠纪末大灭绝之后的复苏和演化,呈现出一派繁盛景象,出现了恐龙等新一代中生代霸主。但随后又遭受了一次全球性的生物大灭绝事件。

人类正制造“第六次物种大灭绝”

最近,研究人员在《科学进展》上撰文称,人类正在步入一个新的物种大灭绝时代,地球正处在第六次物种灭绝的边缘,这次物种灭绝不同于前五次,不是自然地理原因造成的,而是人类亲手造就的。这听起来似乎有点危言耸听,但仔细分析人类的发展史,就会发现长期以来的环境污染、人口膨胀、生态恶化导致了物种生态链的断裂,破坏了物种固有的栖息地,人类正在成为物种灭绝的罪魁祸首。

显生宙时期生物大灭绝及其对当代气候失律的伦理启示

显生宙时期发生过多次生物大灭绝,发现既有地内成因,也有地外成因。地内成因包括海平面升降、海洋环境恶化、食物链破坏、大规模火山爆发、气候骤冷或骤暖、地球磁场变化等;地外成因则是小行星撞击地球等。无论是地内成因还是地外成因,气候变化会影响地球的生存环境,这是毋庸置疑的。自然生物能适应气候在地球上生存繁衍,是因为自然环境有自身的演变规律。前南斯拉夫学者Milankovich提出:由于地球轨道三要素(黄道倾斜、岁差、偏心率)微小的、准周期性的改变,从而引起全球各地各季所获得太阳辐射量的变化,最终导致全球性的气候变迁。如今,这种自然变化规律正在被人为地打破,人类社会近代以来工业化、城市化的进程作用于自然,造成气候失律现象严重。气候问题的紧迫性亟须我们对全球环境变化作出深刻的伦理反思。从伦理学角度反思气候失律,需要明晰两个内容:一是人类应对气候变化时,应该将人类的长远发展和共同利益放在个人权利之前,遵循"善"优先于"正当"、"效用"优先于"权利"的原则;二是人类应该遵循"限度生存"的法则,一方面意识到人类命运共同体的重要,另一方面应对个人偏好和生活方式施以节制,甚至对其进行"再道德化",使得人们能够认识到并愿意过一种有限度的生活。