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。

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。
! k! }( q  q4 }/ t5 A& p8 g
; N& U9 L1 V1 G; r2021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》。



) H. R: w3 a* o- h) f! p( [  g& T' Y9 X
, h# f6 M, z: l4 @7 O% O) i$ q8 O9 s' J

4 K! h) s; C6 I' ^                               
登录/注册后可看大图

9 l: i- m# @2 D! O/ u8 O' H# r

8 c' Y+ n5 g5 ^- }, v2 C
; G& e. w$ ]* K' M. v4 `
" D; f4 U. ^/ V2 x* q: y9 G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。
6 R( o3 P1 U0 T0 N: Q: u
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。”。
: I2 X9 z, {$ K
8 u/ {- ~6 ~0 x5 w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。
5 r9 w7 c4 M3 ^+ P( \( u
. r% z8 T1 J3 X3 x3 z* G: B/ ?
# O! K8 v6 p1 R) l& t

5 ~/ y% q# S5 T2 n( A8 j
$ S- C; X) {) ^: H( |2 P

                               
登录/注册后可看大图

9 a1 R) F' R0 B: I2 g- w

3 B( x$ E5 j& }/ }( K' F8 t
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。


【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。】
/ d& N7 k- Y; Z6 o# R. D
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。




$ v2 d& ?2 M3 a7 d; a
- e* }$ `) h& y9 H4 L

                               
登录/注册后可看大图

! a- \' M8 }9 {" C$ b
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。
# j( f' w( r9 G
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。

& ?# ^9 r4 h; H/ P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）。


. E4 w8 S* a4 ^7 h+ I/ ^# E
: q) @3 u! L5 e+ b! S: |
& C  {4 _6 _# g& W" y  P2 J9 x$ t

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

; K: `; ~. ~/ u6 K; {5 [/ V
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。

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。

: v; B6 ^; e% F2 q
<hr>参考文献：www.52ocean.cn

简述翻译者：海南大学研究生李凤莹