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。

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。

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。

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?

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。

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。

二叠纪生物大灭绝之迷

地球从形成至今已有46亿年，在这漫长的岁月里，发生过无数次小天体撞击地球的事件。据专家统计，近一亿年来，地球遭到小天体撞击造成直径大于一公里的陨石坑就有一万处之多。由于地球大气层的保护，体积和质量小的小天体往往在坠落地面之前就已燃烧殆尽，但大的就会给地球造成灭顶之灾。

火山二氧化碳的快速排放与二叠纪末生物大灭绝

发生在二叠纪末的生物大灭绝(EPME,251±0.037 Ma)被认为是地球历史上最严重的生物灭绝事件,其发生时间与西伯利亚大火成岩省的形成时间相一致。现有研究认为,由于该大火成岩省火山的喷发,大气中被注入大量的CO_(2),引发了严重的全球变暖、灾难性的海洋缺氧以及极端的海洋和陆地酸化,从而导致二叠纪末陆地和海洋中生命的大灭绝。然而,目前对触发二叠纪末全球碳循环扰动的贫13C碳的来源、海洋pH值下降以及该时期全球变暖等问题尚未达成一致认识.

火山二氧化碳的快速排放与二叠纪末生物大灭绝

发生在二叠纪末的生物大灭绝(EPME,251±0.037 Ma)被认为是地球历史上最严重的生物灭绝事件,其发生时间与西伯利亚大火成岩省的形成时间相一致。现有研究认为,由于该大火成岩省火山的喷发,大气中被注入大量的CO_(2),引发了严重的全球变暖、灾难性的海洋缺氧以及极端的海洋和陆地酸化,从而导致二叠纪末陆地和海洋中生命的大灭绝。

“世界乐平统与古生代末生物大灭绝”总结交流会在北京召开

2005年6月9日，由中国科学院南京地质古生物研究所金玉歼教授主持承担的国家自然科学基金重大国际合作研究项目“世界乐平统与占生代末生物大灭绝”总结交流会在京召开．

大气氧逃逸是地磁倒转-生物大灭绝因果关系链的重要环节

中国科学院地质与地球物理研究所地磁与空间物理研究室魏勇研究员与北京大学、清华大学、德国马普太阳系研究所等单位的学者合作．对地磁倒转开展了针对性研究，并提出了全新的观点：首先，地磁倒转与生物大灭绝应该是“多对一”的对应关系，而非传统观点认为的“一对一”关系．即地磁倒转对生物生存环境造成的损害应该是长期的、可积累的；其次。地磁倒转造成磁层保护作用减弱既能造成高能粒子入侵。又使得氧离子逃逸加剧，

二叠纪末生物大灭绝时间精确测定

中国科学院南京地质古生物研究所沈树忠为首的研究团队。精确测定出二叠纪末生物大灭绝发生在2．5228亿年前．并在20万年内快速造成地球的海、陆生态系统的同时全面崩溃。该成果已刊登于2011年12月9日的Science上。

人类正“导演”第六次生物大灭绝

《自然》杂志称,人口急速增长、全球气温变暖和自然环境恶化,使地球上的生物正在经历有史以来第六次大灭绝。他们认为,目前物种消失与地球历史上的生物灭绝事件惊人相似,是工业革命拉开了这次生物灭绝的序幕。

2．5亿年前生物大灭绝新解：盐湖是罪魁

一个国际科学小组发表最新研究成果：地球历史上规模最大的生物灭绝事件可能是由大盐湖引起，盐湖排放出的卤化气体改变了大气成分，导致植被遭到永久性破坏。这是大约25亿年前，在二叠纪末三叠纪初，地球上90％的动植物逐渐灭绝。之前，这次地球生物大灭绝被认为是火山爆发、行星撞击或者甲烷水合物导致。这一新理论是根据与今天的生物化学和大气化学过程进行比较得出的。根据这项来自国际气候变化专门委员会的预测，气候改变引起的温度升高和干旱还会加速沙漠化进程，导致盐海、盐湖和盐湿地的数量和面积增大，而且还会导致卤化气体的天然形成。加上其他大气污染，这些物质的植物毒性就会加强，与此同时，气候改变引起的干旱和生物毒物结构也会增加。

敲定了地球生物大灭绝的准确时间

众所周知，地球上最严重的大规模生物灭绝事件发生在约2．5亿年前，但没有列出发生的具体时间表。来自北美及中国的一组研究人员在《科学》杂志上发表的文章，明确地提到了大灭绝的具体时间。

研究表明地球生物大灭绝或将再次发生

英格兰利兹大学古生物学家保罗·维格纳尔等人最新研究发现，发生在三叠纪早期的地球生物大灭绝缘于地球表面温度过高，而当前越来越高的地球表面温度．似乎预示着另一场大灭绝的到来。三叠纪早期的大规模生物灭绝让地球彻底沦为了一颗荒废的行星，造成这种大面积灭绝的原因是因为地球上大多数生物无法承受地球该阶段过高的表面温度。