腕足壳体氧同位素指示中晚二叠世古温度研究取得重要进展

发布者:刘文淑发布时间:2020-04-10浏览次数:828

温室效应造成的当今地球生态系统恶化是广大民众和科学家最为关心的话题之一。二叠纪发生了两次重大生物事件,即大约2.6亿年前的中二叠世晚期生物更替和2.52亿年前的二叠纪末生物大灭绝,由峨眉山大火成岩省和西伯利亚大火成岩省的引起的快速升温,被认为很可能是造成这两次生物灭绝的原因。然而,由于地质历史时期记录的沉积岩常常受到后期成岩作用的影响,如何恢复当时海水的温度变化是一个难题。腕足类化石壳体能够抵抗后期成岩作用,可以利用扫描电镜、阴极发光、测试腕足壳体和对应围岩的元素含量等手段评估其受到后期成岩作用影响的程度,它们在地质历史时期广泛分布,现代海洋中仍广泛存在,因此可以通过研究现代腕足壳体与海水的平衡状态,反演地质历史时期的海水温度和化学性质条件。

近日,以我院博士后王文倩为第一作者、沈树忠院士为通讯作者的研究团队,对陕西镇安剖面中晚二叠世的腕足壳体的氧同位素进行了系统研究。在充分判断腕足壳体保存状态的基础上,选择最能代表海水信息的腕足壳体进行了氧同位素测试,并利用腕足壳体的氧同位素重建了中晚二叠世的长尺度的温度变化。同时,研究团队还对该剖面的牙形类化石进行了氧同位素测试,在同一剖面对比了牙形类氧同位素和腕足类壳体氧同位素的异同。

腕足类壳体氧同位素和牙形类氧同位素对比研究显示,两者整体趋势一致,但是在细节上存在差异。通过对比不同剖面的牙形类氧同位素数据发现,不同剖面的牙形类氧同位素数值差异较大,而腕足类壳体氧同位素数值则相对稳定。两者之间差异的原因还需要进一步研究。

根据腕足类壳体氧同位素重建的古温度曲线显示,中-晚二叠世经历了两个冷期和两个暖期,经过对比,开匹顿(Capitanian)早期的冷期与Kamura变冷事件可以对应,开匹顿中晚期的暖期则可能由于峨眉山玄武岩的喷发引起的,吴家坪期早中期的冷期,可能是由于峨眉山玄武岩风化消耗大量大气CO2导致的,长兴期中晚期的暖期,可能由于西伯利亚玄武岩的形成导致。同时,瓜德鲁普世末生物灭绝对应了腕足化石氧同位素记录的暖期,而二叠纪末生物灭绝则发生在腕足化石氧同位素记录的最高温度处。

1陕西镇安西口剖面腕足类壳体碳、氧同位素曲线和不同研究剖面的牙形刺氧同位素曲线。

本项研究证实腕足壳体氧同位素可以比较可靠地记录当时海水古温度变化,同时证实了古温度变化对二叠纪两次生物灭绝事件的影响。

该成果以“A high-resolution Middle to Late Permian paleotemperature curve reconstructed using oxygen isotopes of well-preserved brachiopod shells为题发表于地球科学领域著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》上。论文作者还包括南京大学地球科学与工程学院的张飞飞教授、史宇坤副教授;南京地质古生物研究所的Claudio Garbelli、郑全锋、张以春、袁东勋、陈波博士等,该项研究工作得到了中国科学院先导B项目(XDB18000000, XDB26000000)、国家自然科学基金项目(41420104003, 91955201, 41830323)、中国科学院前沿科学重点研究计划项目QYZDY-SSW-DQC023)和中科院国际博士后计划(2018PC0042)的共同资助。

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116245