二疊紀(jì)末生物大滅絕被認(rèn)為是地球歷史上最嚴(yán)重的生物滅絕事件，在極短時(shí)間內(nèi)（6.1±4.8萬(wàn)年），高達(dá)81%的海洋物種遭受滅頂之災(zāi)。揭示二疊紀(jì)末生物滅絕機(jī)制對(duì)于理解環(huán)境變化和生物演化之間的關(guān)系至關(guān)重要。前人通過(guò)地球化學(xué)指標(biāo)（如生物標(biāo)志化合物、鐵組分）和同位素（如鈾同位素等）分析，研究二疊紀(jì)末古海洋短期氧化還原歷史。針對(duì)二疊紀(jì)末古海洋氧化還原狀態(tài)及演化的科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地球與行星磁場(chǎng)及宜居性研究團(tuán)隊(duì)章敏博士后和潘永信院士，聯(lián)合南京大學(xué)沈樹(shù)忠院士，巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧成龍研究員、秦華峰副研究員和侯祎斐博士后，以及中國(guó)海洋大學(xué)何況副教授，詳細(xì)開(kāi)展了浙江煤山“金釘子”剖面的環(huán)境磁學(xué)研究，獲得了二疊紀(jì)末古海洋氧化還原狀態(tài)演化的新結(jié)果。
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圖1 浙江煤山剖面環(huán)境磁學(xué)結(jié)果。（a）磁化率（χ）；（b）非磁滯剩磁（ARM）；（c）飽和磁化強(qiáng)度（Ms）；（d）剩磁矯頑力（Hcr）；（e）非磁滯剩磁與飽和等溫剩磁比值（ARM/SIRM1T）；（f）S-ratio0.3T；（g）鈰異常（ΩCe）；（h）河流與地幔鍶通量比值（FR/FM）
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研究結(jié)果表明，煤山剖面長(zhǎng)興組和殷坑組的磁學(xué)指標(biāo)變化自下而上可分為四段（Ⅰ-Ⅳ）（圖1）。第Ⅰ階段，磁性礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，在第Ⅱ-Ⅳ階段，磁性礦物則以磁鐵礦為主，指示了古海洋淺海環(huán)境由氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨氀?缺氧狀態(tài)，這個(gè)轉(zhuǎn)變約發(fā)生在252.8 Ma。結(jié)合前人的研究結(jié)果，如鉈同位素（圖2a）、全球碳同位素（圖2d）以及生物多樣性變化（圖2c）等分析結(jié)果，表明二疊紀(jì)末古海洋氧化還原狀態(tài)擾動(dòng)時(shí)間比生物滅絕事件發(fā)生更早。此外，在第Ⅱ階段，非磁滯剩磁與飽和等溫剩磁比（ARM/SIRM1T）呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)（圖1e），指示了磁鐵礦粒徑逐漸變大。在第Ⅲ階段，磁化率（圖1a）、非磁滯剩磁（圖1b）、飽和磁化強(qiáng)度（圖1c）均表現(xiàn)出先升高后降低的特征，指示了磁鐵礦含量先升高后降低。電子顯微學(xué)分析表明，煤山剖面中磁性礦物主要來(lái)自陸源碎屑輸入，且陸源風(fēng)化指標(biāo)（圖1h）與磁性礦物的粒度和含量變化表現(xiàn)出類(lèi)似的特征，反映了大陸風(fēng)化強(qiáng)度的變化。
圖2 二疊紀(jì)末環(huán)境、地質(zhì)、生物事件對(duì)比
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為了認(rèn)識(shí)二疊紀(jì)末古海洋氧化還原狀態(tài)演化以及大陸風(fēng)化強(qiáng)度變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)綜合對(duì)比二疊紀(jì)末環(huán)境、地質(zhì)和生物事件，推斷地幔柱和火山活動(dòng)可能觸發(fā)了古海洋的去氧。大規(guī)模的火山噴發(fā)及其產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)加劇了古海洋缺氧以及大陸風(fēng)化（圖3）。隨著火山活動(dòng)逐漸減弱，古海洋氧化還原狀態(tài)以及陸地化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度逐漸得以恢復(fù)。該研究成果為二疊紀(jì)末期的全球性古海洋缺氧可能是導(dǎo)致海洋生物大滅絕直接的主要環(huán)境因素之一提供了關(guān)鍵證據(jù)。
圖3 二疊紀(jì)末古海洋缺氧事件產(chǎn)生的模式圖
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研究成果發(fā)表于國(guó)際知名地學(xué)期刊CEE（章敏*，秦華峰，侯祎斐，何況，鄧成龍，沈樹(shù)忠，潘永信. Shifts in magnetic mineral assemblages support ocean deoxygenation before the end-Permian mass extinction[J].?Communications Earth & Environment,?2024,?5(1):?218. DOI:?10.1038/s43247-024-01394-8）。研究受?chē)?guó)家自然學(xué)科基金（41621004，42293280，92155203）資助。
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