揭开地球古老的秘密：新研究重塑对泥盆纪大灭绝的理解

魏洋1

超过3.7亿年前，泥盆纪见证了重大的生物进化，但以一次大灭绝事件告终。最近的研究表明，这种灭绝是由火山活动和植物驱动的脱氧作用造成的。这项研究结合了各种科学学科，强调了地球历史在解决当前环境问题方面的相关性。

（）据印第安纳大学：一项新的研究表明，火山活动和海洋净化过程的结合将地球生态系统推向了临界点。

地球的泥盆纪（发生在3.7亿年前）充满了多样的海洋生物，出现了第一批种子植物，它们以大片森林的形式分布在冈瓦纳大陆和劳鲁西亚大陆。

然而，这个时代即将结束时的一次大灭绝事件长期以来一直是争论的主题。一些科学家认为泥盆纪晚期的生物大灭绝是由大规模火山爆发引起的，导致全球变冷。其他人认为陆地植物的扩张导致了大规模缺氧事件。



加布里埃尔·菲利普利。学分:IUPUI大学理学院

最近的研究结果

IUPUI大学的研究人员最近在《通讯地球与环境》杂志上发表的一项研究表明，这两个因素都发挥了作用，并引起了人们对地球今天面临的环境临界点的关注。

Filippelli和Gilhooly说，这项研究的结论给了研究人员很多考虑。在泥盆纪时期，陆地上新的生物成果对海洋生物产生了负面影响。吉尔霍利指出，如今，化肥径流排入海洋等活动，加上化石燃料燃烧产生的热量，正在降低海洋的含氧量。他说，在泥盆纪晚期，这种类似情况的先前结果产生了灾难性的后果。



研究人员在东格陵兰的特雷尔岛参加野外工作，该岛靠近晚泥盆世岩石露头。致谢:南安普敦大学约翰·马歇尔分校

历史教训和现代启示

吉尔胡利说:“在整个地球历史上，发生了一系列生物创新和地质事件，彻底重塑了海洋和陆地的生物多样性和环境条件。“在泥盆纪，一种新的陆地生物策略对海洋生物产生了负面影响。在人类活动导致的现代全球和气候变化的背景下，这是一个令人清醒的观察结果。我们可以从地球历史中学到很多东西，这些东西可以帮助我们思考避免未来临界点的战略和行动。”



威廉·吉尔胡利三世。学分:IUPUI大学理学院

该研究的其他贡献者包括东京工业大学的小崎一美、佐治亚理工学院的克里斯托弗·赖因哈德、南安普敦大学的约翰·马歇尔和圣地亚哥州立大学的杰西卡·怀特塞德。

这项研究由IUPUI大学理学院的Gabriel Filippelli和William Gilhooly III共同完成。第一作者是美国海军学院海洋学助理教授马修·斯马特，他在进行这项研究时是菲利普利实验室的研究生。

调查结果和方法

这项工作首次将两种相互竞争的晚泥盆世灭绝理论统一为一个全面的因果场景。基本上，该小组得出结论，这两个事件——大规模火山活动和陆地植物将多余的营养物质排入海洋导致的缺氧——都需要发生才能发生大灭绝。

“解决这个难题的关键是识别和整合我们使用复杂的全球模型确定的地球化学信号的时间和大小，”Filippelli说。“这项建模工作表明，我们根据地球化学记录看到的营养事件的规模可能会导致重大的海洋灭绝事件，但事件的持续时间需要两个因素——树根进化和火山作用——来维持对生物有毒的海洋条件。”

在沉积学、古生物学、地球化学、生物地球化学和数学建模专家的帮助下，该小组深入挖掘，对分布在不同大陆的数百个样本进行了地球化学分析。其中包括来自格陵兰岛东部的伊梅尔岛的样本，那里是地球上一些最古老的岩石样本的所在地。

“这个过程是高度跨学科的，”吉尔胡利说。“这种综合的专业知识创造了一种严格的方法来收集样本，在时间上关联序列，获取化学数据，并使用地球化学模型来测试关于生物——植物——和化学——火山——驱动的大规模灭绝触发因素的相对影响的有效假设。我们的分析表明，这种影响比非此即彼的情况要复杂得多。”

参考资料:“泥盆纪晚期陆地植物的扩张导致了海洋生物大灭绝”，作者:马修·斯马特、加布里埃尔·菲利佩利、威廉·p·吉尔胡利三世、卡祖米·小崎、克里斯托弗·t·赖因哈德、约翰·e·a·马歇尔和杰西卡·h·怀特塞德，2023年11月29日，《地球与环境通讯》。DOI: 10.1038/s43247-023-01087-8

这项研究由国家科学基金会、美国化学会石油研究基金和JSPS·卡肯希资助。