什么引起五次生物大灭绝?

尽管多数生物学家认为当今地球正处于一次前所未有的生物大灭绝之中,然而由于人类拥有的直接观察记录非常短暂,难于正确判断当今地球将来的发展趋势和潜在的危机.地质历史时期曾经发生了五次重大生物灭绝事件,这些事件造成当时海洋中至少75%的物种在短时间内灭绝,陆地生态系统形成以后,也同样遭到重创.这些生物大灭绝事件发生的原因成为评估当今地球生态系统危机的重要依据.根据对5亿多年以来发生的五次生物大灭绝(分别发生在奥陶纪末、泥盆纪晚期F/F、二叠纪末、三叠纪末和白垩纪末)生物的种类、灭绝模式以及环境背景分析表明,地球上显生宙以来还没有发生过造成整个地球生物圈彻底毁灭的灾变事件,地质历史时期发生的五次生物大灭绝均伴随有剧烈的环境变化,大气CO_2、温度(包括冰室效应和温室效应)、海洋酸化、海平面变化和海水缺氧等全球性的气候、环境剧变是造成生物大灭绝的主要原因.导致这种环境灾变最为常见的触发机制是超大规模的火山活动,火山活动不但喷出大量CO_2等温室气体,同时可以触发大量蕴藏在内陆盆地和大陆架上的甲烷气体等快速释放.地外体撞击、超新星爆发、太阳耀斑爆发等事件可能会瞬间毁灭地球,但并不是地质历史时期已经发生的生物大灭绝的主因.     

加强海洋生物碳泵地质演化的研究

<正>海洋生物碳泵的地质演化是一个涉及地球系统各圈层相互作用的前沿科学难题,被列入了国家自然科学基金委员会和中国科学院联合资助的地球系统科学发展战略研究报告.如果说现代海洋生物碳泵的研究目的在于查明海洋储碳的途径和机制并服务于碳中和等目标的话,那么古海洋生物碳泵则更多地记录了它与一些重大地质事件的关系,包括古气候的冷暖变化、海洋缺氧事件、生物大灭绝事件等涉及地球整个表层系统乃至地球深部过程的一些重要环节.     

东特提斯洋晚中生代—古近纪重大事件研究进展

东特提斯域西藏南部地区发育晚中生代至古近纪的连续海相地层序列,是研究东特提斯演化、印度-亚洲大陆碰撞以及众多的古海洋事件理想的研究地区,是了解晚中生代温室地球不可或缺的重要窗口。主要基于中国西藏南部海相沉积的资料,对近年来东特提斯洋古海洋事件(如大洋缺氧事件、大洋红层、古新世—始新世极热事件)和重大地质事件(早白垩世印度北缘火山事件、晚白垩世构造抬升事件、印度-亚洲大陆初始碰撞事件、东特提斯海消亡事件等)的研究进展进行总结。指出今后应加强生物-年代地层、短时期环境-气候变化的研究,加强挖掘东特提斯域地域优势的研究。     

晚泥盆世-密西西比亚纪植物水循环与生物礁耦合演化

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导致海洋初级生产力提高、海水缺氧程度和有机碳埋藏量增加.在晚泥盆世–密西西比亚纪期间,陆地植物和海洋生物礁系统均发生了显著变化,可识别出3个耦合演化阶段:(1)晚泥盆世弗拉期–法门期(Frasnian–Famennian/F–F)转折期植物多样性和覆盖面积明显增加并向高纬度扩张,伴随Kellwasser生物灭绝事件和显生宙最大的层孔海绵-珊瑚礁系统崩溃;(2)泥盆纪–石炭纪(Devonian–Carboniferous/D–C)转折期种子植物多样性显著增加,伴随Hangenberg生物灭绝事件、层孔海绵-珊瑚礁消失以及密西西比亚纪早期后生动物礁缺失;(3)密西西比亚纪中–晚期(Middle–Late Mississippian/M–LM)种子植物科达类树木的丰度显著增加,伴随M–LM生物灭绝事件和珊瑚礁系统崩溃.种子植物不仅具有较深的根系,还可以克服对水分的依赖,从近岸...     

古生代-中生代之交的水循环演变及驱动机制

水循环是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的重要物质循环过程.本文根据地质记录和深时气候模拟等数据总结了古生代-中生代之交的水循环演变.结果表明,水循环在晚古生代、早中生代发生了重大变化:(1)地质记录恢复的气候带显示,当时全球的干旱带发生了明显扩张,蒸发岩面积从中-晚二叠世开始扩张,到早三叠世达到顶峰,中三叠世恢复至中-晚二叠世的水平,晚三叠-早侏罗世继续收缩;(2)全球年平均降水量在晚石炭、早侏罗世较高,中-晚二叠世和早三叠世较低,呈现为“V”字形变化,显示出一次重大的波动;(3)全球大陆的聚合可能导致泛大陆巨型陆面风和特提斯区域跨赤道风的形成,进而构成全球性的超级季风;(4)热带辐合带摆动的纬度位置在志留纪-石炭纪以及侏罗纪-现代较低,在二叠纪-三叠纪时期向高纬度大幅度漂移.根据事件发生的时间,这些水循环的重大变化与泛大陆的聚合、华力西造山、晚古生代冰期的结束以及大量碳释放和升温事件吻合,这些因素与当时的大气环流和水循环的变化存在密切联系:泛大陆的聚合改变了当时水储量的空间分布,同时改变了大气环流和“季风”,进而导致中-晚二叠世干旱带开始扩张,降水量减少;晚古生代末期华力西造山运动...     

第三届地球系统科学大会在沪成功召开

<正>2014年7月2~4日,由中国综合大洋钻探计划专家委员会、国家自然科学基金委员会地球科学部、国际中国地球科学促进会、同济大学海洋地质国家重点实验室共同主办的第三届地球系统科学大会在上海召开,来自大气、海洋、地质、生物、行星科学等学科的专家学者齐聚,共话地球系统科学研究热点问题,展望地球系统科学未来发展前景."地球系统科学大会"是地球科学领域以华语作为主要交流语言的大幅度跨学科交叉的学术会议,其前身为2010和2012年已召开的"深海研究与地球系统科学学术研讨会".与前两届会议相比,本届地球系统科学大会规模更     

古生代-中生代之交海洋生物泵演变与浮游革命

探究深时海洋生物泵的演变,对理解现代海洋碳循环的过程和机制有重要启示意义.显生宙海洋生物泵主要包括两种类型:古生代型(古生代-中三叠世)和现代型(晚三叠世-现代).古生代型生物泵以浅海底栖藻类和浮游疑源类为主导,现代型由远洋超微浮游生物主导.此外,在二叠纪-三叠纪之交大灭绝这一特殊地质历史时期,由于古生代型的海洋生物泵遭到摧毁,海洋的碳循环被扰乱,海洋中短暂出现了由蓝细菌和其他自养细菌为主导的特殊生物泵.化石记录表明,浮游藻类(颗石藻和沟鞭藻)在晚三叠世起源并在侏罗纪快速辐射,促进了现代型远洋浮游生态系统的建立,即“中生代海洋浮游革命”.这被认为是中生代海洋化学革命的关键驱动因素,同时也驱动了海洋底栖生态系统的重组(中生代海洋动物革命).浮游藻类的繁盛增强了远洋生物泵和碳酸盐泵的固碳能力,提升了海洋生态系统对碳循环扰动的缓冲能力.因此,关键海洋生产者的起源、演化及控制因素是深时碳循环领域未来需要重点研究的科学问题.     

古生代-中生代之交海洋生物泵演变与浮游革命

探究深时海洋生物泵的演变,对理解现代海洋碳循环的过程和机制有重要启示意义.显生宙海洋生物泵主要包括两种类型:古生代型(古生代-中三叠世)和现代型(晚三叠世-现代).古生代型生物泵以浅海底栖藻类和浮游疑源类为主导,现代型由远洋超微浮游生物主导.此外,在二叠纪-三叠纪之交大灭绝这一特殊地质历史时期,由于古生代型的海洋生物泵遭到摧毁,海洋的碳循环被扰乱,海洋中短暂出现了由蓝细菌和其他自养细菌为主导的特殊生物泵.化石记录表明,浮游藻类(颗石藻和沟鞭藻)在晚三叠世起源并在侏罗纪快速辐射,促进了现代型远洋浮游生态系统的建立,即“中生代海洋浮游革命”.这被认为是中生代海洋化学革命的关键驱动因素,同时也驱动了海洋底栖生态系统的重组(中生代海洋动物革命).浮游藻类的繁盛增强了远洋生物泵和碳酸盐泵的固碳能力,提升了海洋生态系统对碳循环扰动的缓冲能力.因此,关键海洋生产者的起源、演化及控制因素是深时碳循环领域未来需要重点研究的科学问题.     

显生宙长时间尺度碳循环演变的模拟:现状与展望

长时间尺度碳循环演变控制了大气CO₂的含量.显生宙以来,大气CO₂含量的变化及其对地表气温的控制,是古气候地球化学研究的前沿领域.地球系统箱式模型被广泛用于揭示长时间尺度碳循环和古气候变化的过程与机制.以COPSE(Carbon-Oxygen-Phosphorus-Sulphur-Evolution)和GEOCARB模型为代表的早期长时间尺度碳循环模型,在应用于显生宙大气CO₂含量变化研究上成效显著,但因无法表达地球三维地表的影响,制约了其进一步发展.新发展的SCION(Spatial Continuous Integration)模型基于COPSE模型,结合了GEOCLIM模型中运用的FOAM(Fast Ocean-Atmosphere Model)气候模型数据集,实现了大陆风化的动态表达,进而更准确地表征了长时间尺度的碳循环演变.然而,最新版SCION模型模拟的大气CO₂含量变化,仍与大气CO₂的地质指标记录存在不一致之处.采用多箱式海洋替代单一箱式海洋,区分硅酸盐岩性对风...     

岩浆岩的地球化学成分记录了全球性氧化事件

正众所周知,现在的大气中氧气含量占21%.但是在地球早期,大气中几乎没有氧气~([1]).大气中的氧含量在地质历史时期经历了两次大规模的升高事件,分别是24～21亿年前的"大氧化事件(GreatOxidationEvent)"~([2,3])和7.5～6亿年前的"新元古代氧化事件"~([4,5]).人们对这两次全球性氧     

白垩纪-古近纪生物大灭绝后海洋生物碳泵的破坏与恢复

终结恐龙时代的白垩纪-古近纪（K-Pg）界线事件发生在6600万年前,由于小行星撞击,地球生态环境发生剧变,导致海洋和陆地生物的大规模灭绝,当时海洋里占据绝对优势地位的初级生产者——颗石藻的灭绝尤为严重.初级生产者是食物链的基础,了解海洋初级生产力在极端环境下的破坏与灾后恢复过程,对于研究当今全球变化下海洋生物碳泵变化及其控制机制具有重要的借鉴意义.本文比较了前人提出的劫难海洋（strangelove ocean）、活跃海洋（living ocean）、弹性海洋（resilient ocean）以及异质海洋（heterogeneous ocean）四个假说,评述每个假说在解释K-Pg事件后海洋生物碳泵如何运行方面的合理性与不足.综合分析全球海盆既有高精度旋回控制、又有表层-深海δ¹³C垂向梯度的多个站点的数据,以探索K-Pg界线事件后全球海洋生物碳泵效率的变化,指出:（1） K-Pg事件前所有洋盆δ¹³C垂向梯度与现代海洋一致,这个梯度从陆架到深海有逐渐增加的趋势;（2） K-Pg事件后全球海洋δ¹³C垂向梯度消失;（3...     

“亚洲构造:从大陆到边缘海到岛弧”学术研讨会在上海举办

中国地球科学促进会（IPACES）和同济大学海洋与地球科学学院于2002年6月26～28日联合举办了“亚洲构造:从大陆到边缘海到岛弧”学术研讨会.会议主题是将亚洲和西太平洋作为一个统一的地球动力学系统,探讨其中具有全球意义的重要地质作用和事件,尤其是构造作用与全球变化的关系.会议特邀15位国内和15位国外知名地质和地球物理学家做主题报告,会议代表针对主题进行分组发言和交流汪品先院士的报告“中国深海研究的未来趋势”详细介绍了中国南海大洋钻探的成果,从瞄准科学目标和国家目标的视角,展望21世纪中国的海洋科学,尤其是深海研究的战略走向.中国科学院地质与地球物理研究所丁仲礼研究员介绍了中国在过去全球变化研究领域的最新进展.加洲大学的尹安教授、Woods Hole海洋研究所的林间博士、Michigan大学的张有学教授、Ehime大学的赵大鹏教授等15位IPACES成员分别就亚洲构造、太平洋边缘海的地质     

白垩纪大洋缺氧事件OAE2期间碳循环扰动的过程与机制

白垩纪大洋缺氧事件OAE2是一次全球性古环境突变事件,也是迄今研究程度最高的中生代古海洋事件之一.同时,由于它形成于全球极热气候时期,分析OAE2期间环境演化与形成机制对于研究极端温室气候条件下地球系统的演化过程具有重要意义.近年来,古气候和古海洋领域学者应用全球性古环境指标,对OAE2开展了精细研究,在其触发机制和地球系统反馈过程方面取得了诸多新认识.本文综述了这些方面的研究成果,从海水碳同位素(δ¹³C)演化的角度分析了OAE2期间全球碳循环扰动过程及其控制因素.我们认为,大火成岩省岩浆作用是OAE2碳循环扰动的触发因素,海洋生产力提升和缺氧条件导致大规模有机质埋藏是OAE2期间海水δ¹³C总体呈正偏的直接原因.古环境参数,如大陆风化强度、古温度、CO₂浓度、海洋生产力和海水氧化还原条件之间的相互影响,对OAE2期间次级δ¹³C波动具有重要控制作用.本文分析了OAE2期间δ¹³C演化在不同阶段主控因素的显著差异,并建立了全球环境演化及其对碳循环影响的模型.     

超级大陆带给地球氧气

正一种假说认为:在地球漫长演化史中,超级大陆的形成对地球氧气起源也起到了至关重要的作用:随着超级大陆的形成,陆地面积变大,地壳侵蚀作用加大,火山性质发生变化(火山喷发更多发生在陆地而非水下),这些地质变化与海洋里的蓝藻一起,促使地球大气出现了更多氧气。     

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征, 结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系, 讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程. 结果表明, 沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势, 而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致, 这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高, 使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力, 从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关, 也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧, 促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关. 沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化, 能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响, 表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况, 对古气候和古环境变化具有指示意义.     

南雄盆地白垩纪-古近纪交界恐龙灭绝和哺乳动物复苏

南雄盆地白垩纪-古近纪(K/Pg)界线剖面脊椎动物化石(恐龙蛋壳和龟类骨化石)的地球化学研究结果表明,从白垩纪晚期到古近纪早期中国华南地区曾发生过3次以多个铱异常为标志的地球化学环境变化事件:第一次地球化学环境变化事件发生在67 Ma前,除了有很多蛋壳显示出病理组织结构特征外,由它们为代表的恐龙种群多样性并没有发生明显变化.第二次地球化学环境变化事件规模较大,正好发生在根据孢粉组合变化划分的K/Pg界线及其附近.恐龙在K/Pg交界开始灭绝,然后持续至古新世早期.这一灭绝过程大约经历了250 ka.恐龙灭绝的原因是多次以铱异常、微量元素异常和氧同位素异常为标志的环境变化引起的,短期和长期地球化学环境的不断恶化,使恐龙无法正常繁殖后代而逐渐灭绝.第三次地球化学环境变化事件出现在早-中古新世,表明当时的环境变化及其效应可能长时间推迟陆相生态环境的恢复和哺乳动物的完全复苏.南雄盆地获得的地球化学资料、恐龙渐变灭绝模式以及古新世哺乳类的复苏在年代上与印度德干火山喷发及持续时间比较一致.     

中科院院士、同济大学海洋地质国家重点实验室汪品先撰文谈地球系统的第三个观测平台——从海底观察地球

随着新世纪的到来,海洋科学界正在着手建设海底观测系统网络,以探测和理解大洋系统的物理、化学、生物和地质等过程,这是继地面/洋面和空间之后观测地球系统的第三个平台--从海底进行连续的实时观测,将使得人类可长期"呆"在海里,从而改变人类和海洋的关系.     

广东省南雄盆地白垩纪-古近纪(K/T)过渡时期地球化学环境变化和恐龙灭绝: 恐龙蛋化石提供的证据

南雄盆地3个含有K/T界线剖面的恐龙蛋壳中铱和其他微量元素含量及稳定同位素组成的分布模式表明, 从白垩纪最晚期到古近纪早期中国华南地区曾发生过两次大的环境变化事件. 第一次地球化学环境变化事件发生在K/T交界前2 Ma, 除了有很多蛋壳显示出病理组织结构特征外, 由它们为代表的恐龙多样化并没有发生明显变化. 第二次地球化学环境变化事件规模较大, 正好发生在K/T交界及其附近. 恐龙在K/T交界开始灭绝, 然后持续至古新世早期. 这一绝灭过程大约经历了250 ka, 比北美蒙大拿地区和印度西部的恐龙灭绝要晚一些. 恐龙灭绝的原因是多次以铱异常、氧同位素异常为标志的全球性环境效应和以微量元素含量异常为标志的地区性环境变化等多种因素引起的, 短期和长期间地球化学环境的不断恶化, 使恐龙无法正常繁殖后代而逐渐灭绝.     

南大西洋深水渐新世初大冰期事件

新生代地球表面从两极无冰的“温室地球”变为现今两极终年有冰的“冰室地球”, 最重大的降温事件是发生在距今约33.7 Ma始新世/渐新世界线附近的渐新世初大冰期事件(EOGM). 南大西洋深水大洋钻探计划(ODP)第208航次1262站和1265站35~30 Ma期间的浮游和底栖有孔虫氧碳同位素、碳酸钙和粗组分含量, 结合颜色反射率和磁化率的高分辨率记录, 揭示出表层和深水都发生了这一全球降温事件. 分析表明, 氧同位素在渐新世初33.5~33.1 Ma记录的EOGM事件代表了南极东部冰盖的规模, 表示当时世界海水的表层和深部水温大幅度降低. 碳同位素δ ¹³C在EOGM事件期间发生很大的正偏移, 说明全球碳储库发生重要转型, 可能反映有机碳埋藏速率突然增加或生产力的分布发生时空变化. 同时, 岩性组成、碳酸钙含量、颜色反射率和粗组分在始新世/渐新世界线附近都发生了重要变化, 反映当时碳酸盐补偿深度(CCD)突然快速变深. 由颜色反射率揭示出的碳酸钙含量变化具有100和400 ka的地球轨道偏心率长周期, 进一步显示早渐新世全球气候变化的轨道驱动机制.     

追踪边缘海的生命史:“南海深部计划”的科学目标

国家自然科学基金重大研究计划"南海深部过程演变"简称"南海深部计划",于2011年年初启动,是我国海洋科学第一个大规模的基础研究项目.它以"构建边缘海的生命史"为主题,从现代过程和地质记录入手,解剖一个边缘海的发育史,从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程3方面开展研究.在海盆演化方面,要利用现代技术重新测定南海磁异常条带,探测深部结构,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;在深海沉积方面,要观测现代深部海流和海底沉积过程,实现深海过程研究的古今衔接,从深海沉积中提取边缘海古海洋学演变的信息;在生物地球化学方面,采用包括深潜探测在内的各种手段,认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用.与开放大洋和其他边缘海相比,南海具有研究海盆生命史的一系列优势;同时,南海的研究还将为理解亚洲和太平洋相互作用的变化提供无可替代的重要信息.