二疊紀末生物大滅絕被認為是地球歷史上最嚴重的生物滅絕事件，在極短時(shí)間內（6.1±4.8萬(wàn)年），高達81%的海洋物種遭受滅頂之災。揭示二疊紀末生物滅絕機制對于理解環(huán)境變化和生物演化之間的關(guān)系至關(guān)重要。前人通過(guò)地球化學(xué)指標（如生物標志化合物、鐵組分）和同位素（如鈾同位素等）分析，研究二疊紀末古海洋短期氧化還原歷史。針對二疊紀末古海洋氧化還原狀態(tài)及演化的科學(xué)問(wèn)題，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗室地球與行星磁場(chǎng)及宜居性研究團隊章敏博士后和潘永信院士，聯(lián)合南京大學(xué)沈樹(shù)忠院士，巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗室鄧成龍研究員、秦華峰副研究員和侯祎斐博士后，以及中國海洋大學(xué)何況副教授，詳細開(kāi)展了浙江煤山“金釘子”剖面的環(huán)境磁學(xué)研究，獲得了二疊紀末古海洋氧化還原狀態(tài)演化的新結果。
圖1 浙江煤山剖面環(huán)境磁學(xué)結果。（a）磁化率（χ）；（b）非磁滯剩磁（ARM）；（c）飽和磁化強度（Ms）；（d）剩磁矯頑力（Hcr）；（e）非磁滯剩磁與飽和等溫剩磁比值（ARM/SIRM1T）；（f）S-ratio0.3T；（g）鈰異常（ΩCe）；（h）河流與地幔鍶通量比值（FR/FM）
研究結果表明，煤山剖面長(cháng)興組和殷坑組的磁學(xué)指標變化自下而上可分為四段（Ⅰ-Ⅳ）（圖1）。第Ⅰ階段，磁性礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，在第Ⅱ-Ⅳ階段，磁性礦物則以磁鐵礦為主，指示了古海洋淺海環(huán)境由氧化狀態(tài)轉變?yōu)樨氀?缺氧狀態(tài)，這個(gè)轉變約發(fā)生在252.8 Ma。結合前人的研究結果，如鉈同位素（圖2a）、全球碳同位素（圖2d）以及生物多樣性變化（圖2c）等分析結果，表明二疊紀末古海洋氧化還原狀態(tài)擾動(dòng)時(shí)間比生物滅絕事件發(fā)生更早。此外，在第Ⅱ階段，非磁滯剩磁與飽和等溫剩磁比（ARM/SIRM1T）呈現逐漸減小的趨勢（圖1e），指示了磁鐵礦粒徑逐漸變大。在第Ⅲ階段，磁化率（圖1a）、非磁滯剩磁（圖1b）、飽和磁化強度（圖1c）均表現出先升高后降低的特征，指示了磁鐵礦含量先升高后降低。電子顯微學(xué)分析表明，煤山剖面中磁性礦物主要來(lái)自陸源碎屑輸入，且陸源風(fēng)化指標（圖1h）與磁性礦物的粒度和含量變化表現出類(lèi)似的特征，反映了大陸風(fēng)化強度的變化。
圖2 二疊紀末環(huán)境、地質(zhì)、生物事件對比
為了認識二疊紀末古海洋氧化還原狀態(tài)演化以及大陸風(fēng)化強度變化的驅動(dòng)機制，研究團隊綜合對比二疊紀末環(huán)境、地質(zhì)和生物事件，推斷地幔柱和火山活動(dòng)可能觸發(fā)了古海洋的去氧。大規模的火山噴發(fā)及其產(chǎn)生的環(huán)境效應加劇了古海洋缺氧以及大陸風(fēng)化（圖3）。隨著(zhù)火山活動(dòng)逐漸減弱，古海洋氧化還原狀態(tài)以及陸地化學(xué)風(fēng)化強度逐漸得以恢復。該研究成果為二疊紀末期的全球性古海洋缺氧可能是導致海洋生物大滅絕直接的主要環(huán)境因素之一提供了關(guān)鍵證據。
圖3 二疊紀末古海洋缺氧事件產(chǎn)生的模式圖
研究成果發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊CEE（章敏*，秦華峰，侯祎斐，何況，鄧成龍，沈樹(shù)忠，潘永信. Shifts in magnetic mineral assemblages support ocean deoxygenation before the end-Permian mass extinction[J]. Communications Earth & Environment,?2024,?5(1):?218. DOI: 10.1038/s43247-024-01394-8）。研究受?chē)易匀粚W(xué)科基金（41621004，42293280，92155203）資助。
