中美科學家精確測定2億多年前大滅絕時間
二疊紀末（約2.52億年前）的生物大滅絕是地球有生命以來最嚴重的一次生態危機事件，大規模火山噴發被認為是導致這次生態危機、環境快速惡化以及生物大滅絕的主要原因。然而，這次生態危機在不同緯度帶的響應過程是否一致長期以來并不清楚。解決爭議的關鍵是尋找當時火山噴發落下的火山灰，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，獲得不同地區生物大滅絕發生的精確地質年齡，同時開展不同緯度帶的生物多樣性大數據研究。
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生在大約2.5231億年前，相對海洋生物大滅絕發生得更早。那么低緯度地區陸地生物大滅絕與海洋生物大滅絕發生的時間關系是怎樣的呢？我國西南地區是研究低緯度地區陸相生物大滅絕的理想地區，發育了連續的二疊紀-三疊紀之交陸相、海陸過渡相地層，記錄了二疊紀末陸地生物大滅絕的發生過程。針對該科學問題，沈樹忠院士團隊經過多年的努力，通過系統的野外火山灰樣品采集，團隊成員赴美國麻省理工學院同位素實驗室，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個高精度地質年齡。通過對年齡數據的詳細分析以及全球對比，首次精確限定了低緯度地區二疊紀末陸地生物大滅絕的時間和模式，揭示了低緯度地區陸地生態系統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末生物大滅絕隨緯度的發展次序，大滅絕最早在二疊紀長興期末期開始于高緯度地區，逐漸推進到中緯度地區，最終于三疊紀早期在低緯度地區結束。高緯度和低緯度的陸地生態系統對環境惡化的響應速度展現出較大差異，其時間差異長達約65萬年。研究團隊同時利用古生物大數據開展了全球生物多樣性緯度梯度變化研究，運用多種統計方法估算不同古緯度帶的陸地生物滅絕率，結果顯示低緯度地區的生物滅絕不僅發生得較晚，滅絕率也相對較低，可能指示低緯度地區陸地生態系統抗環境壓力的能力更高。
地球生態系統在環境劇變時如何響應是科學界和廣大民眾普遍關心的問題。本項研究系統地揭示了二疊紀末不同緯度帶的陸地生態系統及海、陸生態系統對環境惡化都有不同的響應速度，為深入解讀不同生態系統對二疊紀末大滅絕的響應型式提供了新的線索。本項研究還表明地球生態系統在遭遇快速升溫等重大環境災變時，由于兩極放大效應，首先導致高緯度地區陸地生態系統的崩潰，而赤道地區由于生物多樣高，生態系統抗災變能力強，生態系統崩潰相對較晚，持續時間更長。因此，在當今地球正在遭受快速升溫的背景下，我們需要特別關注兩極地區陸地生態系統的變化趨勢。
南京大學地球科學與工程學院的沈樹忠院士帶領團隊與國內外多家單位合作，長期致力于二疊紀末生物大滅絕的機制和模式研究，該研究成果于2月1日發表于國際著名學術刊物《Science Advances》上。吳瓊博士為第一作者，現工作于南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州），南京大學的沈樹忠院士為通訊作者。合作單位包括中國科學院南京地質古生物研究所、美國麻省理工學院、美國國家自然歷史博物館、云南大學、中國礦業大學、中國科學院廣州地球化學研究所等。本研究得到了國家自然科學基金等多項科學基金的大力支持。
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 中國西南地區陸相火山灰CA-ID-TIMS鋯石206Pb/238U年齡
圖3 二疊紀末不同緯度帶陸地生態系統崩潰過程模式圖
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