中美科學(xué)家精確測定2億多年前大滅絕時間
二疊紀(jì)末（約2.52億年前）的生物大滅絕是地球有生命以來最嚴(yán)重的一次生態(tài)危機事件，大規(guī)模火山噴發(fā)被認(rèn)為是導(dǎo)致這次生態(tài)危機、環(huán)境快速惡化以及生物大滅絕的主要原因。然而，這次生態(tài)危機在不同緯度帶的響應(yīng)過程是否一致長期以來并不清楚。解決爭議的關(guān)鍵是尋找當(dāng)時火山噴發(fā)落下的火山灰，對其中保存良好的鋯石，利用CA-ID-TIMS方法開展高精度鋯石U-Pb同位素測年，獲得不同地區(qū)生物大滅絕發(fā)生的精確地質(zhì)年齡，同時開展不同緯度帶的生物多樣性大數(shù)據(jù)研究。
以往的研究顯示位于南方高緯度帶的澳大利亞東部陸地生物大滅絕發(fā)生在大約2.5231億年前，相對海洋生物大滅絕發(fā)生得更早。那么低緯度地區(qū)陸地生物大滅絕與海洋生物大滅絕發(fā)生的時間關(guān)系是怎樣的呢？我國西南地區(qū)是研究低緯度地區(qū)陸相生物大滅絕的理想地區(qū)，發(fā)育了連續(xù)的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交陸相、海陸過渡相地層，記錄了二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕的發(fā)生過程。針對該科學(xué)問題，沈樹忠院士團(tuán)隊經(jīng)過多年的努力，通過系統(tǒng)的野外火山灰樣品采集，團(tuán)隊成員赴美國麻省理工學(xué)院同位素實驗室，利用CA-ID-TIMS方法對其中的鋯石開展了高精度U-Pb同位素年代測定，共獲得8個高精度地質(zhì)年齡。通過對年齡數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析以及全球?qū)Ρ龋状尉_限定了低緯度地區(qū)二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕的時間和模式，揭示了低緯度地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)開始崩潰的時間比海洋生物大滅絕開始的時間推遲了至少6萬年。另外，本次研究獲得的高精度年齡也精確地揭示了二疊紀(jì)末生物大滅絕隨緯度的發(fā)展次序，大滅絕最早在二疊紀(jì)長興期末期開始于高緯度地區(qū)，逐漸推進(jìn)到中緯度地區(qū)，最終于三疊紀(jì)早期在低緯度地區(qū)結(jié)束。高緯度和低緯度的陸地生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境惡化的響應(yīng)速度展現(xiàn)出較大差異，其時間差異長達(dá)約65萬年。研究團(tuán)隊同時利用古生物大數(shù)據(jù)開展了全球生物多樣性緯度梯度變化研究，運用多種統(tǒng)計方法估算不同古緯度帶的陸地生物滅絕率，結(jié)果顯示低緯度地區(qū)的生物滅絕不僅發(fā)生得較晚，滅絕率也相對較低，可能指示低緯度地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)抗環(huán)境壓力的能力更高。
地球生態(tài)系統(tǒng)在環(huán)境劇變時如何響應(yīng)是科學(xué)界和廣大民眾普遍關(guān)心的問題。本項研究系統(tǒng)地揭示了二疊紀(jì)末不同緯度帶的陸地生態(tài)系統(tǒng)及海、陸生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境惡化都有不同的響應(yīng)速度，為深入解讀不同生態(tài)系統(tǒng)對二疊紀(jì)末大滅絕的響應(yīng)型式提供了新的線索。本項研究還表明地球生態(tài)系統(tǒng)在遭遇快速升溫等重大環(huán)境災(zāi)變時，由于兩極放大效應(yīng)，首先導(dǎo)致高緯度地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的崩潰，而赤道地區(qū)由于生物多樣高，生態(tài)系統(tǒng)抗災(zāi)變能力強，生態(tài)系統(tǒng)崩潰相對較晚，持續(xù)時間更長。因此，在當(dāng)今地球正在遭受快速升溫的背景下，我們需要特別關(guān)注兩極地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢。
南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院的沈樹忠院士帶領(lǐng)團(tuán)隊與國內(nèi)外多家單位合作，長期致力于二疊紀(jì)末生物大滅絕的機制和模式研究，該研究成果于2月1日發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)刊物《Science Advances》上。吳瓊博士為第一作者，現(xiàn)工作于南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州），南京大學(xué)的沈樹忠院士為通訊作者。合作單位包括中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、美國麻省理工學(xué)院、美國國家自然歷史博物館、云南大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所等。本研究得到了國家自然科學(xué)基金等多項科學(xué)基金的大力支持。
文章信息：
Qiong Wu, Hua Zhang, Jahandar Ramezani, Fei-fei Zhang, Douglas H. Erwin, Zhuo Feng, Long-yi Shao, Yao-feng Cai, Shu-han Zhang, Yi-gang Xu, Shu-zhong Shen*, 2024. The terrestrial end-Permian mass extinction in the paleotropics postdates the marine extinction. Science Advances, 文章鏈接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7284.
圖1 沈樹忠院士與吳瓊博士等在貴州岔河剖面采集樣品
圖2 中國西南地區(qū)陸相火山灰CA-ID-TIMS鋯石206Pb/238U年齡
圖3 二疊紀(jì)末不同緯度帶陸地生態(tài)系統(tǒng)崩潰過程模式圖
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