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标题: 刘牧等-EPSL：奥陶纪末海洋缺氧与生物大绝灭 [打印本页]

作者: 丢那声 时间: 2022-8-12 11:03
标题: 刘牧等-EPSL：奥陶纪末海洋缺氧与生物大绝灭

地球生命的演化兴衰往复，跌荡升沉，生物所赖以生存的苛刻环境和条件显得地球的宜居环境（气温、氧气等）弥足贵重。但地球漫长的汗青长河里，好像有一只手常常弹起环境颠簸之弦，奏起的却是生命的挽歌和绝唱。显生宙曾发生了五次举世性的生物集群大绝灭变乱。奥陶纪末的第一次生物集群绝灭（LOME-Late Ordovician Mass Extinction）是显生宙第二大规模生物灭尽变乱，在不到2Myr时间内，就有约85%举世海洋生物物种彻底告别了地球的生存舞台。那么，究竟是什么缘故原由造成了这次灾难变乱？

比年来的研究发现，奥陶纪末生命大绝灭可分别为两幕，并分别受控于差别的灭尽机制：第一幕灭尽（LOME-1）发生在凯迪期（Katian）和赫南特期（Hirnantian）之交，彼时天气敏捷变冷，冈瓦纳大陆冰川快速扩张至低纬度地域，海平面快速降落，并终极导致大规模生物绝灭；第二幕灭尽（LOME-2）发生在赫南特期中晚期，此时随着天气快速回暖，大陆冰川快速溶解，冰川融水携带大量大陆风化营养物质进入海洋，促使低级生产力飙升，并进一步导致浅海区耗氧量增长，缺氧程度加剧，再次重创刚刚顺应冷水环境的海洋“机遇主义者”（以赫南特动物群为代表的）。然而，已往绝大多数对LOME的研究紧张着眼于陆棚-斜坡区富有机质沉积的古海洋环境厘革，缺少对举世海洋氧化还原环境厘革的束缚。因此，LOME时期举世团体海洋氧化还原特性厘革的特性、紧张时间节点及与生命兴衰的接洽仍不明白。

针对上述题目，中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实行室博士后刘牧、陈代钊研究员、姜磊副研究员，连合耶鲁大学Noah Planavsky传授，斯坦福大学Richard Stockey博士和中国地质大学（武汉）严德天传授等，在华南川滇接壤的大凉山腹地，探求到了完备记录晚奥陶世末生物幕式演化的一连浅水碳酸盐岩剖面——“乌科”剖面；但由于奥陶系-志留系界限地层序列是基于浮游型笔石生物带确定的，与缺乏笔石的浅水碳酸盐地层对比就存在很大困难。为此，他们通过古生物演化序列及与典范界限剖面旋回地层和碳同位素地层的对比，创建了该剖面奥陶系-志留系界限地层格架，并通过铀同位素地球化学厘革和数值模拟，明白了LOME时期举世海洋缺氧面积厘革与生物演化和衰落的关系。

晚奥陶世末期，受沉积相控制，我国华南地域紧张发育富有机质玄色页岩，仅在赫南特期短暂发育少量碳酸盐岩沉积。而乌科剖面，不但出露了一连的上奥陶统碳酸盐岩地层，还生存了典范的晚奥陶世浅水底栖生物的化石、生物绝灭后的微生物岩（凝块石、核形石等），及冰期后的暖水生物（图1）。在此根本上，将乌科剖面上奥陶统顶部辨认出（七个）典范沉积旋回与具有精良笔石生物带束缚的深-浅水过渡剖面“万和”剖面的旋回逐一对照，同时连合碳同位素地层学（图2），正确创建起乌科剖面上奥陶统时间地层格架，为后续在华南地域对LOME时期生物与环境相互作用的研究打下了根本。

图1 乌科剖面LOME干系层位生物演化的记录。（A）上奥陶统铁足菲克组顶部记录了从富含Hirnantia? sp.或Triplesia sp.腕足动物碎片徐徐向上过渡到微生物凝块岩层的征象；（B）和（C）赫南特阶中出现典范的微生物岩（凝块石、核形石）；（D）铁足菲克组顶部出现的暖水型四射珊瑚Lambeophyllum（略高于微生物岩层或侧向过渡）

图2 乌科剖面与赫南特阶顶底GSSP剖面王家湾和Dob’s Linn的碳同位素地层学对比

海洋碳酸盐矿物生存的238U/235U（δ238U）铀同位素比值常被用于追踪地球汗青上关键生物变乱时期的举世海洋氧化还原环境厘革。其原理概括来讲，即在低温缺氧水体系下，U（VI）会被还原为不溶的U（IV），此中较重的同位素238U更倾向于沉淀进入沉积物中富集，因此会使海水的δ238U低沉，而碳酸盐矿物可以记录其时δ238U海水信号，并作为推断举世海洋缺氧面积厘革的依据。基于此，研究团队选取碳酸盐晶格中的δ238U信号作为紧张参考指标（图3），连合多源U同位素体系质量均衡模子，辨认出了晚奥陶世末期两期举世性的海洋缺氧变乱和一期（赫南特早期）增氧变乱（图4）。

图3 乌科剖面奥陶-志留界限段岩性柱、紧张的地球化学指标以及生物特性厘革规律体现图，此中赤色曲线为LOESS平滑校正后的U同位素值

图4 基于三元U同位素模子创建的晚奥陶世末期举世海洋缺氧硫化面积（feux）演化效果

第一期缺氧变乱发生在凯迪晚期，早于LOME-1变乱和显着的天气变冷；而第二期发生在赫南特期中晚期，与LOME-2同步。之间为一次短暂海洋增氧变乱，所对应的时间恰恰是赫南特冰期快速发展直至顶峰的时期，该研究将其定名为一次氧化“快闪”变乱。这一发现不但对显生宙海洋为恒久氧化的传统观点提出了巨大挑衅，还展示了海洋缺氧作为奥陶纪末大灭尽的驱动机制要比之前的认识更加复杂，即：凯迪晚期的第一次缺氧变乱中，生物的灭尽速率并不高；相比之下，与LOME-2同时发生的第二次缺氧变乱却造成了广泛的生物绝灭。研究推断，这是由于两次变乱海底缺氧发生的紧张地域有所差别：第一次会集在深海远洋，由于栖息生物种类和体量较少，因而对生态体系影响较小；而第二次缺氧水体扩张至生物聚落丰富的陆架地域，终极导致浅海底栖生物的大量殒命。

研究效果发表于EPSL（刘牧, 陈代钊*, 姜磊, Stockey R G, Aseal D, Zhang B, 刘康, Yang X, Yan D, Planavsky N J. 2022. Oceanic anoxia and extinction in the latest Ordovician[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 588: 117553. DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117553.）

美编：陈菲菲
校对：张腾飞姜雪蛟

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