二叠-三叠纪界线生物灭绝原因探讨

二叠—三叠纪界线生物灭绝原因探讨

一、选题依据

地球历史上发生过多次大规模生物集群灭绝事件，其中二叠纪一三叠纪之交（P/T）的生物大灭绝，摧毁地球上90%以上的海洋生物种，70%的陆生脊椎动物属和大多数的陆生植物，是地史上规模最大的一次生物灭绝，因此P/T界线事件是多年来国内外研究的热点和难点。前人的大量研究成果证明，在二叠一三叠纪之交相当短的时期内，全球的海洋、陆地和大气环境几乎同时发生了一系列突发性事件，使全球的生态系统遭受到前所未有的浩劫。本文主要根据前人研究资料，以我国浙江长兴煤山剖面为例，对P/T之交的生物集群灭绝的诱发机制进行简单探讨。

我国煤山剖面为全球二叠系一三叠系层型剖面和点(GSSP)，具有代表性、可比性。选择煤山剖面P/T界线地层作为研究对象，对界线地层各种异常的地质记录进行挖掘和剖析，有助于揭示P/T之交发生的各种重大地质事件以及地球环境的剧烈变化，探索生物大规模灭绝的真正原因。而对这些生物灭绝事件的研究有助于对当代地球环境变化和人类生存状况提供大尺度、长历程的地史借鉴。

二、研究方法

1、剖面地质背景

煤山剖面位于浙江省长兴县，1984年殷鸿福领导的中国地质大学界线工作组在浙江煤山发现了三叠系底部重要化石—微小欣德牙形石。1986年殷鸿福等提出了以微小欣德牙形石作为P/T界线标志化石的建议，这项提议在大量的界线地层研究中不断得到证实，为绝大多数国内外学者所接受。1993年，中国浙江煤山剖面被定为全球二叠系一三叠系层型剖面和点(GSSP)。

煤山剖面P/T界线在古生物学、地层学、沉积岩石学、古地磁、事件地层等方面都有深入研究，是我国地质科学研究资料最详尽、最丰富的剖面之一。二十世纪八十年代以来，生物地层学家对中国浙江长兴煤山剖面进行了深入研究，并提出了不同的地层划分标准。表1.1列出了长兴煤山剖面P/T界线地层划

分沿革。24层到29层，代表了地史上生物演化的重大转折，对于研究P/T生物大灭绝的原因有着重要的意义。

2、P/T界线研究方法

（1）矿物学方法

在煤山剖面，早期发现了大量的微球粒，并发现了石英、锆石、黄铁矿、磷灰石等矿物。

xx、锆石、磷灰石：

石英多呈不规则状，浑圆状，表面见贝壳状断口、圆形溶蚀坑等，为高温石英假象，是酸性火山活动的产物。锆石颗粒细小，通常为四方柱、四方双锥等形状。其中有些锆石颗粒比较特别，为长柱状，有锆石和磷灰石的连晶生长现象。磷灰石在细颗粒矿物中大量出现，呈短柱、厚板状或板状晶形。地层中的石英、锆石和磁性颗粒等均揭示了煤山地区酸性火山活动的特征。

微球粒：

上世纪八十年代，在煤山剖面发现大量的石铁质或铁质球粒，根据其形貌特征被认为是陨石撞击成因。殷鸿福等认为可以解释为球外星体撞击或爆炸产物，亦可解释为火山爆发产物。2001年Kaihoetal在煤山剖面找到了一些铁、硅、镍球粒，被认为是陨石撞击时高温熔融溅射物冷凝形成的。

草莓状xx：

浙江煤山剖面P/T界线出现的大量粒径细小的草莓状黄铁矿。与现代和古代典型贫氧环境沉积物中的草墓状黄铁矿相似，根据莓粒特征，煤山剖面从24层到29层沉积环境依次为富氧一贫氧一贫氧一富氧一贫氧。贫氧事件发生的层位与生物灭绝线一致，25层底部黄铁矿壳层中多种类型生物化石碎屑和草毒状黄铁矿同时大量出现。贫氧事件可能是导致生物灭绝的直接原因，贫氧事件的发生可能与海平面的变化、大规模火山喷发事件等有关。

对煤山剖面草墓状黄铁矿产出特征的详细研究，并将其作为沉积环境的重要指标，有利于进一步确立了煤山剖面P/T界线的贫氧沉积环境。

粘土矿物：

浙江煤山剖面25层和26层为P/T界粘土层，25层俗称“白粘土”，此层是公认的地球化学事件层，26层俗称“黑粘土”,这两层粘土前人研究均认为是中—酸性火山灰经海底蚀变而成的伊利石、蒙脱石混层粘土。由25层中较高的高岭石含量可以推测25层沉积时本区处于较强的酸性环境。而26层富含有机质，色暗并具有水平纹层，推测当时的水流不畅，同时当时的气温较高，在封闭高温条件下的水介质常为碱性水介质。这就解释了为什么黑白两层粘土同是火山灰蚀变的产物但粘土矿物成分却不同,同时说明在这样短暂的时间内海洋环境酸碱度发生了大幅度的变化。

（2）地球化学及同位素方法

煤山剖面同位素研究主要有碳同位素、硫同位素，这些工作前人已经做的比较详尽，但是关于有机分子的研究近期引起越来越多的关注。

碳同位素：

前人对煤山剖面碳酸盐岩样品进行无机和有机碳同位素δ和δ

δ1313Cearh C

org的研究，结果表明煤山段δ13Cearh值变化平稳、δ13Corg值下降，此处C

org出现负漂移可能是由于海洋二氧化碳浓度增加。因此推测煤山地区晚二叠世末为比较封闭的局限海沉积环境，早三叠世初期经局限和开阔海环境交替出现渐变为海水循环良好的广海沉积环境。

硫同位素：

浙江煤山P/T界线附近黄铁矿的硫同位素组成变化很大。重同位素34

S最富集的层位，是二叠系长兴组的第24层，也是黄铁矿含量最高的层32

位；而轻同位素S最富集的层位是三叠系殷坑组底部的第29层。显而易见，34

在第24层石灰岩中，黄铁矿含量剧增，δS值陡然上升，反映当时海水中硫的含量以及硫的轻、重同位素比例，都发生了急剧变化，这与火山气体总硫同位素组成平均值极为相似。这些证据表明海洋中形成大量黄铁矿的硫化氢其来源与火山作用密切相关。

多环芳烃(PAHs)：

是目前国际上关注的一类持久性有机污染物，化石燃料和植被等大火的不完全燃烧是这些燃烧源PAHs排放的主要途径。因此，古代沉积物中检测出来高含量的燃烧源PAHs能很好地反映大火事件。Venkatesan and Dahl最早研究了

P/T界线PAHs的特征，发现了界线层高含量的燃烧源PAHs，并且单体PAHs(无取代基PAHs)含量占主体，从而以分子化石形式记录了P/T界线的全球大火事件。

xx：

富勒烯相继在陨石、撞击构造、P/T界线发现，对富勒烯碳笼中包裹的稀有气体进行研究，发现这些稀有气体与碳质球粒陨石中包裹的稀有气体做进一步研究，从而指出P/T界线事件为陨石撞击。

三、现有灭绝成因观点

自上个世纪八十年代以来，人们一直热衷于研究关于P/T界线生物灭绝、古环境变化以及它们之间的关系，提出了许多地质事件，并阐述了它们与生物事件之间的因果关系。本文对各种事件学说做一简要介绍，并对这些事件之间的联系进行简单评述。

1、火山喷发事件

西伯利亚玄武火山活动被认为是与P/T界线生物灭绝同期的重要事件。西伯利亚火山喷发很强烈，具有爆炸性特点。日本西南部深海沉积被认为是泛大洋(Panthalassa)的残片，当时与西伯利亚相距很远。然而，在日本深海P/T界线附近的黑色粘土岩中发现有细粒的基性火山碎屑，地球化学分析表明它们可能来自大陆溢流玄武岩，与西伯利亚玄武岩浆关系密切。西伯利亚玄武岩浆活动时间得到广泛的研究，普遍认为玄武岩浆主要喷发期与生物灭绝时间一致。