二叠纪海洋生物大灭绝与火山作用引起的缺氧有关

降法讲顾

中国上扬子区中-晚二叠世古环境演化三阶段模式示意图。鸣谢:王等2024

（）据美国物理学家组织网（汉娜·伯德）：大灭绝是地球生物多样性在全球范围内的快速减少，在地球历史上有五个关键事件被确认，其中最著名的可以说是发生在大约6600万年前的白垩纪，白垩纪终结了恐龙的统治。然而，最大的物种灭绝是由于二叠纪，在此期间，估计超过95%的地球上的所有生命被根除。

这场毁灭性事件的原因仍然存在争议，支持者认为是一次大规模的小行星撞击导致尘埃进入大气层，阻挡了阳光，产生了酸雨，或者是大规模的火山活动向大气中释放了大量的二氧化碳，使海洋对海洋生物有毒。

发表在《化学地质学》上的新研究进一步支持了后一种理论。南京大学的王禹及其同事对取自中国长江上游地区高智采石场的沉积物样品进行了地球化学实验。在样本中，科学家们发现了一种重要的汞异常，它存在于有机物中，与碳同位素的峰值相关联。

这种负碳13同位素偏移被解释为是由大量碳释放到大气中引起的，可能是由于火山爆发，这些事件也是自然界中汞的主要来源。事实上，这一旅行的时间与四川峨眉山圈闭的已知火山活动相吻合，峨眉山圈闭是一个巨大面积(> 250，000 km2)的溢流玄武岩，形成了一个大火成岩省。

沉积物样本中的钼、铀和钒等微量元素易受还原和氧化条件的影响，三个明显的峰值表明海洋溶解氧耗尽时的缺氧条件。除此之外，陆地来源的有机碳证明了卡皮塔尼期(约2.64亿至2.59亿年前)全球海平面的显著下降，而元素镉和钼的较低比率表明了寒冷、营养丰富的水域的减弱或季节性涌升。

地球化学数据和燧石、泥岩和石灰岩样品中石灰质藻类和竹蜓类有孔虫的减少表明海洋缺氧和更明显的水柱分层。在这种条件下，很可能会形成氧气最少的区域，持续的缺氧环境会抑制生物的生存。



在中国高智采石场进行实地研究，使用岩相显微镜观察沉积物样品的薄片，以识别放射虫、有孔虫和藻类等微观海洋生物。鸣谢:王等2024

研究小组提出了一个三步火山-气候-海洋模型，以解释在卡皮塔尼期大规模火山活动如何导致海洋中的生物危机，最终导致二叠纪末的大灭绝。在第一阶段，研究地点是与古特提斯洋相连的碳酸盐台地的一部分，位于古超大陆冈瓦纳大陆的北缘。这种富氧的浅海环境经历了剧烈的海洋环流，营养丰富的海水上升流，是海洋生物繁荣的理想环境，在长江上游有藻类、腕足动物和珊瑚的证据。

在第二阶段，火山作用开始于早期的卡皮塔尼期，大量温室气体的释放导致气候变暖3°C-5°C。这与区域沉降导致的海平面上升相吻合，从而加剧了水柱的分层和海洋缺氧，因为变暖的海洋降低了溶解氧的浓度。虽然营养物质被火山活动带到了表面，但海洋表面的初级生产力消耗了大部分用于呼吸和有机物分解的氧气，在下面产生了氧气耗尽的最小区域。

第三阶段的特点是火山活动减弱，海洋条件恢复较浅，有机物质从陆地转移到海洋，海洋环流活跃，再次带来有毒条件。这使得海洋生物能够从恶劣的缺氧环境中恢复过来，进化成新的生态位。

科学家们可以说，我们现在正处于第六次大灭绝之中，继续探索火山活动在我们海洋领域的另一场危机中可能发挥的作用至关重要。