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二叠纪-三叠纪之交发生了显生宙以来最大的生物集群绝灭事件,关于此次灭绝事件机理的探讨,国内外学者已经做了大量研究工作,从不同方向对其突变机理进行了探讨。主要观点认为生物的灭绝可能与火山喷发、地外陨石撞击、海洋、陆地的普遍缺氧、海水酸化、有机质的氧化、有机埋藏量的变化以及海平面的快速变化等相关。但从单一诱发机制探讨灭绝事件仍具有局限性,针对不同地区和不同沉积相,需要结合区域地质背景综合分析。我国学者对华南地区P/T剖面进行了大量的研究工作,取得了丰富的成果,但对西特提斯地区的研究相对较少。二叠纪-三叠纪生物灭绝线附近普遍存在的碳同位素负偏,反映了海洋碳库的不稳定,基于海洋碳循环模型中碳同位素的分馏机理,保存良好的海相碳酸盐岩记录了同沉积时期海水的同位素比值,所以界线层的碳循环演化研究引起了国内外学者的重视。从单一的分析δ13Ccarb和δ13Corg,到△13C(εTOC)、forg,碳循环机制的探索逐渐由定性化向半定量化、定量化转变,碳同位素指标也被更广泛的应用到古气候、古环境重建研究中。学者们对不同纬度、不同沉积相的P/T剖面进行了界线处碳同位素变化的对比研究,以探讨其变化规律和机制,但对位于西特提斯边缘意大利浅水相Bulla剖面的碳同位素分析还鲜有报道。本文从海洋碳循环角度出发,对Bulla剖面的碳同位素演化进行了详细分析,并与南阿尔卑斯、华南其他P/T剖面进行对比研究,旨在揭示界线附近古海洋环境及其碳循环的变化,探讨古海洋碳库变化对灭绝事件可能的诱发机制。
采集南阿尔卑斯Bulla剖面P/T界线层样品共60件,同步进行无机碳、氧同位素分析133件,有机碳同位素分析33件。碳、氧同位素相关性分析表明成岩作用对原岩的影响较小。数据显示:晚二叠世Bulla段底部,δ13Ccarb逐渐负偏,δ13Corg波动上升,△13C和forg呈下降趋势,此段与华南煤山剖面24e层-25层对应。层序界线位于Bellerophon组与Werfen组之交,δ13Ccarb与δ13Corg同时降低,此时△13C增大而forg减小,对应于煤山26层底部。P/T界线12B层δ13Ccarb、△13C为相对的小高值,δ13Corg和org无较大的波动,对应煤山剖面27c层。与煤山剖面28层对应的Bulla剖面25A层碳同位素并未有明显的变化,其剧烈变化发生在其下的13-17层,δ13Ccarb与δ13Ccorg呈现出显著的降低,△13C在14层有显著的增加,之后快速降低。与深水相煤山剖面不同的是,牙形石H.parvus带沉积较厚,沉积速率快,最后一幕生物的绝灭也发生在H.parvus带内而非煤山剖面的Isarcicella带,Bulla剖面牙形石Isarcicella带内δ13Ccarb已开始逐渐回升,指示早三叠世南阿尔卑斯地区海洋事件发生的时间和模式与华南地区略有不同。根据前人的地层学、古生物学及硫同位素资料分析得出:晚二叠世Bulla段底部、Bellerophon组与Werfen组之交,海平面下降形成的区域不整合面,碳同位素的变化反映了海洋初始生产力的下降以及有机质的暴露侵蚀过程。Tesero组底部鲕粒层海平面快速上升,发生了二叠纪生物灭绝事件,与煤山剖面26层第二幕生物灭绝耦合,本文及其它南阿尔卑斯地区剖面的碳同位素均表现出明显的负偏,同时具有高的S/C比和δ34S的剧烈负偏。笔者认为快速海侵伴随的洋流运动可能引发此段化学反应带的上升,释放的大量深海亏损34S的H2S,其在光合反应氧化生成黄铁矿,引起的缺氧环境导致海洋碳库的不稳定进而引发了生物的绝灭。在牙形石H.parvus定义的PTB处生物丰度和分异度有所恢复,碳同位素变化也反映了海洋生产力的相对升高和有机埋藏的增加。此后海平面持续上升,早三叠世Mazzin段下部生物量再次降低,碳同位素呈现剧烈的变化,已有的分子化石记录显示了此处蓝细菌的繁盛,δ13Corg隍和△13C相对升高可能与蓝细菌光合作用引起较大的同位素分馏有关。
Bulla剖面界线附近没有类似华南地区普遍发育的火山沉积,而δ13Ccarb、δ13Corg、△13C的变化与古生物集群灭绝、海平面的快速升降密切联系,海平面的频繁变化以及由此引起的海洋生存环境的恶化,可能是引起Bulla剖面二叠纪/三叠纪之交生物灭绝的主要原因。而古特提斯洋海平面的快速升降则有可能与晚古生代—早中生代联合大陆的逐渐聚合和裂解所引起的构造运动有关。