二叠纪末生物礁生态系绝灭的方式

二叠纪末生物礁生态系的绝灭是怎样发生的? 一蹴而就, 还是分几步发生的? 对贵州紫云长兴期生物礁顶二个二叠纪-三叠纪界线地层(PTB)剖面的研究表明: 礁生态系的绝灭是分二幕进行的. 第一幕是钙质海绵、蜓等狭适性生物的完全绝灭, 发生在Clarkina yini带内. 此后的生物群是由小腹足类、一些介形虫以及某些小型钻孔生物组成的简单生物群, 或仅由藻席组成. 在Hindeodus parvus带开始的时候, 生物礁顶部变成缺氧环境. 原来以小腹足类或藻席为主的简单生物群发生绝灭(此为第二个绝灭幕), 代之以小球状的疑源类微生物为主的特化生物群. 以后在环境变成有氧时, 这个特化生物群又被微小腹足类为主的简单生物群取代, 代表海洋生态系的初步复苏. 此后随着海洋环境的进一步改善, 这个生物群被正常大小的菊石、双壳类、腹足类组成的较为多样性的生物群取代, 代表海洋生态系的进一步恢复. 谈陆寨剖面是目前所知的唯一的生物礁发育到二叠纪最晚期并遭受大绝灭事件影响的剖面. 与煤山金钉子剖面和意大利Dolomites的Tesero剖面的对比表明, 非礁生态系有一个和礁生态系相同的第一幕绝灭事件. 发生缺氧事件的非礁生态系, 有一个和礁生态系相似的第二幕绝灭事件.     

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.     

广西桂林垌村上泥盆统碳同位素正偏移与全球一致性的记录

目前的研究显示, 欧、美等大陆晚泥盆世地层中普遍存在碳同位素δ¹³C的正偏移, 这种偏移已被推测为全球海洋有机碳埋藏速率快速增加的结果, 并与晚泥盆世弗拉阶(Frasnian)-法门阶(Famennian)之交发生的生物集群灭绝事件(简称F-F事件)密切相关. 华南上泥盆统是研究F-F事件理想地层之一, 其中是否存在δ¹³C正偏移, 直接关系到全球范围内是否存在与F-F事件有关的有机碳埋藏增强的问题.对广西桂林垌村具有生物地层控制的晚泥盆世剖面进行了高分辨率的碳酸盐稳定同位素分析, 结果表明: δ¹³C在F-F转换时期总体呈逐步增加趋势, 这种趋势由两次明显的d13C正偏移组成: 第1次正偏移出现在linguiformis带的底界, δ¹³C增加幅度达1.5‰; 第2次正偏移出现在triangularis/linguiformis带(F-F)的界线, 增幅达2.1‰. 与世界其他地区的同位素记录对比发现, 在生物地层时限上, 垌村剖面第1次出现的δ¹³C正偏移较晚, 而发生在F-F界线的第2次正偏移, 无论在生物地层上还是在变化幅度上都是基本一致的, 支持F-F时期全球性的有机碳埋藏增强的观点.     

中国奥陶纪生物礁的类型和造礁生物群的演替

低纬度的华南、塔里木、华北三大陆表海的大部分区域在奥陶纪长期维持海水覆盖状态,在远岸区形成了大规模碳酸盐岩台地和不同时空背景下的各类生物礁.古生代动物群辐射演化背景下,重要造礁生物门类的起源和在特定海区繁盛的时差是决定礁群落基本生态结构的历史因素,早奥陶世早期的藻礁、早奥陶世晚期至中奥陶世早期的Calathium-硬海绵-藻礁、苔藓虫礁、晚奥陶世早期的珊瑚-层孔虫-藻礁可诠释为幕式群落演替,这或许是古生代演化动物群起源及早期演化并逐渐取代寒武纪演化动物群的几个阶段,特别是后者(珊瑚-层孔虫-藻礁)代表了古生代演化动物群中典型格架礁群落,奠定了之后近100Ma动物格架礁最常见的生态组合方式,呈现出礁群落结构由简单到复杂的宏演化脉络.中国的实例基本吻合于全球奥陶纪生物礁宏演化趋势,特殊之处表现为:(1)湘西张家界特马豆克早期南津关组和塔里木巴楚达瑞威尔期一间房组的Calathium-藻礁分别定位成此类生物礁的先驱和孑遗;(2)中扬子区特马豆克晚期分乡组苔藓虫礁为当时独有的类型;(3)早期的珊瑚-层孔虫-藻礁分布特别局限;(4)奥陶纪末冈瓦纳冰川初期扬子区西缘的藻礁是极端环境造礁的实例.     

早期维管植物辐射演化与长时间尺度水循环的耦合关系

志留纪-泥盆纪陆地革命以早期维管植物的起源和辐射演化为标志.早期维管植物的繁盛导致形成全新的土壤-植物-大气连续体(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC).早期植物在根系、输导组织、气孔、叶片、个体大小和构型等方面的一系列演化革新,深刻改变了SPAC中的水分传输过程与机制.由于根系的进化及其诱导的化学风化作用增强,泥盆纪以来的古土壤厚度逐渐增大、分层结构复杂化、组成成熟度增加、类型多样化.伴随着早期维管植物的演化, SPAC的空间范围极大扩展,生物可利用水资源增多,水分在SPAC中的循环过程更为复杂、高效.早期维管植物的辐射增强了植被-地貌-水循环之间的反馈机制.志留纪晚期以来,植被与水文、地貌、生物地球化学等物理和化学要素相互作用,维管植物型陆-海水文连续体(land-ocean hydrologic continuum, LOHC)形成并逐步发展,内陆水体流域至滨岸体系的地貌稳定性增强,由陆到海的生物地球化学循环、物质供给和迁移体系产生变革.早期维管植物通过SPAC、LOHC系统及其内部过程与全球水、碳循环耦合,表现为稳定的低地生境增多,植物残...     

华北二叠纪末集群绝灭前的裸子植物及其生存对策

二叠纪末集群绝灭(terminal Permian mass extinction)是显生宙最大规模的生物绝灭事件,一般认为这次事件是渐进的(gradual),持续了数百万年,表现复杂,具有多重性质,在这次事件中,陆地生态系统濒临崩溃;植被显示严峻的退化演替(regressive succes-sion)趋势;树木凋零,菌毒麇集成灾,导致全球性“缺煤事件”,那些在石炭纪时期十分繁盛的植物,大部分绝灭了,唯有裸子植物例外,它们进入二叠纪以后,迅速辐射扩散并完成了古一中植代过渡,成为植物群的主要成分,不过在这次事件的打击下,也只有少数续存于中生代.据Cleal统计全球二叠纪20个裸子植物科级分类中,仅2～3科穿过了二叠三叠纪(以下简称P-Tr)界线,也正是这些幸存者的后裔成为中生代植物群的主体.     

珊瑚礁区沉积物的极低放射性水平特征与成因

海洋沉积物作为放射性核素的归宿,在全球不同海区均有沉积物放射性核素的研究报道,然而珊瑚礁区却极少报道.本研究选取南海的岸礁和环礁两种类型的珊瑚礁区,采样站位跨越~1500 km(14°),系统开展南海9个不同珊瑚礁区沉积物中放射性核素研究.对比不同海区沉积物的放射性水平,本研究发现珊瑚礁区沉积物的总放射性水平(等当量镭指数)只有其他海区沉积物和全球土壤总放射性水平的1%~10%,环礁沉积物等当量镭指数平均值(3.97 Bq/kg)不到全球土壤平均值(108.70 Bq/kg)的5%,珊瑚礁区沉积物具有极低的总放射性水平特征.珊瑚礁区的沉积物同时具有低~(40)K、低~(226)Ra和~(228)Ra、低~(226)Ra/~(238)U活度比值的三大特征,该特征源于珊瑚礁区的生物矿化-破碎风化而形成的生源沉积物,显著不同于其他海区的岩石土壤风化-搬运而形成的陆源沉积物.这些特征可以作为新的地球化学指标,对传统元素(Al和Ti)、稀土元素、矿物组成等手段进行有益的补充,指示珊瑚礁区水体悬浮物/沉积物中不同物质来源的贡献.     

二叠纪-三叠纪之交深水海洋环境生态系统工程

发生在距今约252.28 Ma的二叠纪末生物大灭绝事件是显生宙中最大的生物危机,导致了陆地和海洋约3/4的物种灭绝.旧的海陆生态系统几乎崩溃,但生物群体对环境恶化的应对策略和海洋生态系统工程仍不确定.本研究从生物学和生态学的角度出发,以深水海洋环境遗迹化石为研究对象,通过实际资料和文献调研建立了二叠纪-三叠纪深水海洋环境遗迹化石和生物扰动数据库.依据遗迹化石反映的生物运动能力、觅食策略、生物与沉积物相互作用的方式、生物改造沉积物的方式,构建出二叠纪-三叠纪之交深水海洋环境生态空间利用和生态系统工程的三维空间模型.研究结果发现深水海洋环境遗迹多样性、遗迹歧异度、生态空间利用立方体和生态系统工程立方体并未有显著的丢失现象.乐平世至中三叠世深水海洋环境生态系统仍处于一个相对稳定的状态,其中非选择型食沉积物(觅食策略)、自由型(运动能力)、巷道型运输者(生物改造沉积物的方式)和压实作用(生物与沉积物相互作用方式)是二叠纪-三叠纪之交最为常见的深水海洋环境生态工程建造者,代表着生态级次较高的生态工程建造者,控制着深水海洋环境生态系统中的资源流动和物理化学环境的变化.     

早古生代海洋缺氧事件的地质记录与背景机制

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演化具有重要意义.海洋系统变化研究表明,缺氧事件在形成过程中主要受控于海洋水体循环、营养盐供应、地理地貌条件、气候与海平面变化等因素.不同于中生代的大洋缺氧事件,早古生代海洋生物泵效率增强时,同时还面临大气氧气含量上限变化的影响.衍生于现代缺氧沉积盆地和前寒武纪缺氧海洋模型的水体化学分层理念,对早古生代海洋缺氧事件同样适用.地质记录表明,早寒武世-晚志留世,海洋先后发生8次不同规模的缺氧事件,均可与全球识别的碳同位素漂移对比,并且常常伴随着不同规模的生物灭绝事件.因此,重建缺氧海水的分布范围及氧化还原结构,对研究早古生代海洋生态环境变化具有重要意义.同时,这些事件在纵向上表现出缺氧海底面积占比逐渐缩小的趋势,与同期大气氧气含量的长期爬升、二氧化碳含量的持续降低相吻合.海洋缺氧事件、生物灭绝事件及同期其他构造-气候变化等地质事件,共同构成早古生代地球系统变化的缩影,同...     

南海珊瑚礁夏季是大气CO2的源

分别于2008 和2009 年夏季对南海南沙群岛永暑礁(环礁)、西沙群岛永兴岛(岛礁)和海南三 亚鹿回头岸礁进行了海-气CO₂ 交换的连续观测. 结果表明: (1) 南海珊瑚礁区表层海水和大气 _pCO₂ 存在明显的日周期变化, 白天下降, 晚上上升; (2) 不同礁区大气_pCO₂ 日变幅小, 而表层海水 _pCO₂ 日变幅较大, 永暑礁潟湖为~70 μmol mol^-1, 鹿回头及永兴岛礁坪分别为264~579 μmol mol^-1 和420~619 μmol mol^-1, 鹿回头礁外为324~492 μmol mol^-1; (3) 不同礁区海-气CO₂交换通量也有较 大差异, 永暑礁潟湖为0.4 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 永兴岛礁坪为4.7 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 鹿回头湾为9.8 mmol CO₂ m^-2 d^-1, 表明南海珊瑚礁在夏季是大气CO₂ 的源. 在水深较浅的礁坪, 生物代谢是海水 _pCO₂ 变化的主要驱动因素, 而较深的潟湖或礁外, 水动力条件和生物代谢共同作用影响海水_pCO₂ 的变化. 相对于大洋区, 无机碳代谢对珊瑚礁区海水_pCO₂ 的变化有更显著的影响.     

湖北松滋早奥陶世生物礁的类型及找油意义

1990年5月,作者等在湖北松滋县境内首次发现了下奥陶统生物礁(图1)。通过室内外系统研究,将其划分为三类,现报道如下。     

洪水灌溉对策勒绿洲优势植物及生境的影响?

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)-里海旋覆花(Karelinia caspica Less)群落为研究对象,利用人工模拟洪水的方法在生长季内对群落进行了3次灌溉.通过灌溉与非灌溉对照实验,研究灌溉对策勒绿洲前沿多年生植被的更新、生长、群落物种组成以及土壤水分和养分的影响.结果表明:(1)多次灌溉对多年生植物疏叶骆驼刺和里海旋覆花的更新和生长具有明显的促进作用,其中更新方式以根蘖苗更新为主,种子实生苗更新较少;(2)灌溉使得群落中的一年生杂草大量出现,群落物种多样性增加,群落盖度也相应的增加;(3)灌溉有效地增加了群落生境中土壤上层的水分和养分,同时改变了土壤养分在垂直剖面上的再分布,地表以下3m范围内土壤速效N,P,K和全量P,K含量显著地增加.从长远来看,这种模拟洪水灌溉的生态学意义在于说明洪水作为一种生态脉冲对干旱区生态系统中植物的更新、地下水位的补充以及土壤养分的增加有重要的促进作用.     

长白山阔叶红松林木本植物繁殖特征及其关联性

为了探究群落水平上木本植物有性繁殖特征及其关联性,对长白山阔叶红松林25 hm2大型动态监测样地内木本植物进行了调查分析.结果表明:(ⅰ)该森林木本植物在繁殖性状方面表现出复杂的多样性,同时,不同繁殖特征如性系统与传粉方式、果实类型之间,以及与种子质量和生活型等生态特征之间存在关联性;(ⅱ)样地内49%的物种是两性花植物,27.5%是雌雄同株植物,23.5%为雌雄异株植物,雌雄同株植物所占比例与热带森林相比偏高;(ⅲ)不同性系统的物种花期基本同步,而果期则表现出较大的差异;(ⅳ)和热带、亚热带森林的研究结果类似,性系统和传粉方式、果实类型、生活型之间都表现出明显的相关性;(ⅴ)不同性系统之间种子质量差异显著,雌雄同株的种子质量最大,两性花的最小.另外,不同生活型的种子质量之间也存在着明显差异,乔木种子较灌木种子更轻.总体来看,长白山阔叶红松林各繁殖性状之间有复杂的关联性,而且还表现出"常见种以虫媒传粉、雌雄同株的树种居多"这一温带森林独有的特点.     

短花针茅(Stipa breviflora)功能性状对水热协同作用的敏感性和适应性

全球变化背景下的温度增加和降水格局变化对植物功能性状影响的研究已有很多,但关于植物功能性状对水热协同变化的敏感性指标及适应阈值研究较少.本研究以荒漠草原典型地带性植物短花针茅为研究对象,通过人工气候箱法模拟研究了其功能性状(生物量特征和形态特征)对温度变化(对照,增温1.5℃,2.0℃,4.0℃,6.0℃)和降水变化(–30%,–15%,对照,+15%,+30%)(以1978~2007年6~8月月均温和月均降水为对照)协同作用的敏感性和适应性.结果表明:(ⅰ)温度和降水变化对短花针茅各功能性状(除地上生物量和叶数)有极显著的交互作用,生物量特征对水热协同作用的敏感程度大于形态特征,其中最敏感指标为地下生物量.(ⅱ)不同降水条件下短花针茅对温度的适应性不同,表现为总生物量与温度的关系不同,即在降水减少30%时,呈线性减少关系;在降水减少15%时,两者无显著关系;在当前降水及降水增加时,呈二次曲线关系.(ⅲ)未来轻度的气候暖干化(降水弱降低而温度小幅增加)可能有利于短花针茅的生长.     

海南三亚鹿回头造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算

造礁石珊瑚碳酸盐生产不但维系着珊瑚礁的生长, 并且还是大气CO₂的重要来源之一. 采用生态调查法首次在国内开展造礁石珊瑚碳酸盐生产力的估算研究, 获得海南三亚鹿回头岸礁区礁坪和礁坡珊瑚平均碳酸盐生产力分别为(1.16 ± 0.55)和(3.52 ± 1.32) kg•m⁻²•a⁻¹. 珊瑚碳酸盐生产力主要受珊瑚组成、分布以及骨骼生长的属间差异影响. 20世纪60年代以来, 岸礁区日益加剧的人类活动造成珊瑚碳酸盐生产力下降了约80%~89%, 并导致珊瑚礁加积速率降低, 目前已低于现代海平面上升速率. 随着未来海平面持续上升, 鹿回头岸礁的生长模式将可能由过去向海生长为主转变为垂直生长为主, 反映出全球海平面上升背景下, 珊瑚岸礁生物地貌过程对强烈人类活动干扰的响应. 此外, 珊瑚碳酸盐生产力下降还导致碳酸盐生产过程中CO₂释放的减少, 未来珊瑚礁区特别是岸礁区可能因为人类活动的增强而改变其在海洋乃至全球碳循环中的地位.     

全球陆地上空MODIS气溶胶光学厚度显著偏高

通过对比全球气溶胶监测网络(AERONET)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)陆地上空气溶胶光学厚度资料, 表明除非洲和东南亚少数站点MODIS光学厚度偏低之外, 在其他站点MODIS均高估了气溶胶光学厚度, 平均而言, 蓝光和红光波段MODIS光学厚度分别比相应AERONET光学厚度高0.041和0.090. 红光波段MODIS光学厚度偏差与地表反射率(2130 nm)显著正相关, 表明MODIS气溶胶算法中红光波段地表反射率估算偏低可能是导致这一现象的主要原因. 建议使用蓝光波段MODIS气溶胶光学厚度.     

"生命之树"的谱系年代学研究

目前国际上已经启动的"生命之树"(tree of life,TOL)计划,是全世界生命科学领域的科学家倾力建立的一个庞大的科学研究计划,其终极目标是回答关于地球上所有生物类群之间的谱系亲缘关系问题[J].更进一步说."生命之树"就是将地球上所有生物种类(包括现存的和灭绝的)联系在一起的、蕴涵着巨量信息的系统演化树.可用来阐明生命的起源、生物演化式样与机制、各大门类生物类群的系统演化关系、具不同营养型生物类群之间的协同演化以及生物多样性的生存方式和动态变化规律等.     

晚古生代大冰期碳-水循环回顾与展望

晚古生代大冰期(360～260 Ma)是地球上自动植物繁盛以来持续时间最长的冰期事件,记录了陆地自有高等植被和复杂陆地生态系统以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变.针对晚古生代大冰期的研究大多聚焦于全球碳循环以及冰川性海平面变化等方面,对大冰期的水循环研究相对较少,并且其主要基于气候模拟研究结果.随着单颗粒锆石精确测年技术的应用,高精度的综合地层框架使得冈瓦纳中高纬度地区冰川消长与低纬度地区沉积记录、生物多样性与演化及各种全球地球化学记录建立时序关系,为研究地球循环系统和反馈机制提供了基础条件.目前,对晚古生代大冰期碳同位素变化趋势已有较好认识,存在3次显著的碳同位素正漂事件,依次为杜内中期、巴什基尔早期和阿瑟尔早期,并且在时间上与冈瓦纳大陆识别的3次冰川高峰吻合.在宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫末期发生了一次短暂的碳同位素负漂事件,引起显著的全球变暖和海洋缺氧.冰川体积与古热带区域气候动态在天文轨道周期尺度至1～8个百万年的冰期-间冰期时间尺度上都具有耦合关系.在各种时间尺度上,晚古生代大冰期地球表层系统各个圈层之间的反馈过程都非常复杂.因此,今后需在高精度综合地层框架下,开展...     

巨大的二叠纪木贼

木贼植物出现于晚泥盆世,石炭纪分异度达到最大,并在低地沼泽生态系统演化出类似竹子一样快速生长的植物类型.然而,进入二叠纪后,随着气候逐渐变干过程木贼植物的分异度骤然下降,仅一属残存至今,即草本Equisetum.德国开姆尼茨早二叠世矿化森林中的木贼化石标本显示,当时Arthropitys bistriata (Cotta) Goeppert可以长到至少15m高,直径达25cm以上,并产生大量木材.该木贼植物至少拥有3级分枝系统,形成与现代高等乔木植物类似的巨大树冠.我们认为早二叠世木贼植物可塑性生长机制可能与当时生态环境的变化及兴起的裸子植物的竞争压力有关.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.