海洋科普|Nature：2.5亿年前二叠纪大灭绝时的海洋都发生了什么？

二叠纪末大灭绝（EPME）是地球历史上最大的生物危机，发生在约2.5亿年前二叠纪向三叠纪更迭期间，是西伯利亚火山喷发后引起环境扰动的结果，造成了90%海洋物种的灭绝。
$ r( G- y4 _, k4 z( I
* L6 J! E$ G9 t8 T$ y9 N1 `主流假说认为，海洋缺氧是造成物种灭绝的主要原因，但其进程和时间具有很大不确定性。最新研究发现，在海洋缺氧前出现了短暂的大氧化事件。
* b2 y- l5 O  _5 D
3 z/ a' A0 R# Y- J, p: u2 p2021年8月2日，来自美国佛罗里达州立大学的研究人员在国际顶尖期刊《Nature Geoscience》上在线发表了一篇名为“Transient ocean oxygenation at end-Permian mass extinction onset shown by thallium isotopes”的研究论文，文章的中文译名是《铊同位素显示二叠纪末大灭绝开始时的短暂海洋氧化作用》。
3 Z+ ]6 {9 e9 T  h
9 ]% w* Z3 ]) a4 \2 D) j



& _$ C6 g2 }" K: O+ v7 \

, d% f* P/ p( t9 P                               
登录/注册后可看大图

5 ^6 U# g& X9 c# X7 j1 Z8 j3 J
) q3 v2 w6 s4 Z/ p1 K( @  d
* _$ w% d' X6 V+ ]

在分析了泛大洋盆地三个地点的铊同位素数据后，研究人员发现，基于某些因素驱动了铊同位素的短暂波动，意味着大灭绝发生时存在一个更加复杂的氧化还原环境。
: g3 Z' D: }) s/ `$ j
对此，文章的主要作者Sean M. Newby认为，“氧化事件可能与短暂的变冷有关，在EPME期间，海洋系统对火山引起的高度波动产生了响应。”。
6 K# R( O: K* p( h
作者Sean M. Newby是佛罗里达州立大学地球海洋与大气科学学院，国家强磁场实验室的研究员。据悉，研究的起源来自于日本和加拿大地区还保存着的二叠纪-三叠纪过渡期间赤道附近的海洋地壳，这块地壳有2.5亿年历史，地壳样本位置如下图所示。
) m  V4 b# \& ]& |; Q& j

! V+ [& x9 G0 b3 E
4 q- J  g+ _6 W

- v& }" g* D3 ]1 |

                               
登录/注册后可看大图

  |) f' C! p/ P0 R7 `3 G, e2 A

9 S" q0 W9 t- O4 V6 k* u铊同位素是一种新的古氧化还原替代物，在全球海水中分布广泛、停留时间短，并且能够敏感响应海洋地壳氧化还原变化。在采集了岩石样本并挖掘了现有数据库之后，远古岩石中保存的铊同位素差异提供了数亿年前氧化还原线索。
6 W, b( _5 H! M
) \, U8 S1 d! E) n$ Q
【注：同位素是一种化学元素的原子，原子核内的质子数相同，但中子数不同。】
5 q7 e* S- w: s2 K# E
在对岩石剖面中的铊同位素进行分析后，发现在EPME之间存在短暂的铊同位素的负偏移，随后表现出向正值的转变，并持续到最三叠纪早期，铊同位素的负偏移指示氧化锰的埋藏，表明在EPME之间存在快速且短暂的海洋氧化事件，如下图所示。


9 l5 D0 f3 j' J

% A5 G+ G* \* ]0 l# A
+ E6 ~" O. O# C

                               
登录/注册后可看大图

- h' S& ^$ J* f

. k$ Z. E; f7 m# H4 x作者提出了两种可能增加锰氧化物掩埋的原因：第一，EPME期间发生过海平面上升，该海水入侵通过淹没大陆架扩大了含氧海底的面积；第二，EPME开始时有过短暂的气候变冷，与短期铊同位素扰动同时发生。
8 _' p0 ^0 v0 ]: k* Q; S" u; K
8 s3 v4 [7 K2 Q3 H9 Q, E7 z然而，研究人员认为第一个原因不足以引起EPME附近海洋大而快速的氧化还原波动。因此第二个原因可能是引起锰氧化物埋藏增加的主要原因：由火山喷发产生的大量SO2触发的短期气候变冷，变冷可以造成冷水下沉并增加海水中的溶解氧，从而促进温盐循环，增强锰氧化物的埋藏。
3 d( k& o( Z/ b- m- l
进而研究人员提出了铊同位素记录的二叠纪-三叠纪海洋氧化还原变化模型，如下图所示：二叠纪中期海洋与现代海洋环境相似（a）；二叠纪末期火山爆发导致的温度升高，使得海洋缺氧区扩张进而导致溶解的锰含量升高（b）；EPME期间二氧化硫排放量的增加介导的海洋短期变冷，导致快速且短暂的海洋氧化事件发生从而增加了锰氧化物的埋藏（c）；EPME期间海洋快速恢复了广泛的缺氧条件，并持续到三叠纪早期（d）。
) i% l$ h" V4 a9 ?: g. p" S: W

. m6 ^. T+ z! w( _; t
% U+ }6 a! N4 F8 d$ k9 e& k2 D- P

3 G5 i, ^+ I- ?% b

[img= 685px, 427px]hb.hainanu.edu.cn/__local/6/57/9E/5F44DB73019267A2FE1132F80C6_95B5E5E4_46E2F.png[/img]

/ j5 B0 _6 j* x4 I! m' h7 R
( U% [5 O% m& q1 r. {5 x" }' N
- @- ?# R7 o9 x) \. d" o
6 C" U' h; }! t6 a! f& ]( s, p# i该研究表明，EPME期间的氧化还原历史比之前推断的更为复杂。全球气候和海洋氧化还原状态中的这些扰动表明，EPME不仅仅是由向更缺氧的海水过渡引起的，而且是由快速氧化还原波动以及极端温度变化引起的。

$ h4 C' n/ |' g6 y  @总之，这些极端环境压力影响了许多海洋生物进化，包括那些在EPME之前就早已经适应这些环境条件的生物。
0 v* t2 H  `5 a6 w  Z( i3 o, ~
" Z3 h7 U% V4 ?# B1 R/ M) r' i: P4 i
<hr>参考文献：www.52ocean.cn
; l) ~5 x8 V! `
简述翻译者：海南大学研究生李凤莹