早三疊世是地質(zhì)歷史從古生代到中生代過渡的關(guān)鍵時(shí)期，見證了多次生物滅絕事件，包括顯生宙五大滅絕之首的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交滅絕事件，早三疊世史密斯晚期滅絕事件，及早三疊世末滅絕事件。二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交滅絕事件研究程度最高，被認(rèn)為與西伯利亞火山及環(huán)特提斯洋周邊火山引發(fā)的環(huán)境事件有關(guān)，包括全球變暖、海洋缺氧/硫化、海水酸化、重金屬污染等。而早三疊世的另外兩次事件研究程度較低，其原因并不清楚。
鈣作為海洋中的重要元素，與海洋生物、碳循環(huán)、碳酸鹽沉積和古氣候變化等密切相關(guān)。鈣同位素是示蹤地質(zhì)歷史時(shí)期鈣循環(huán)的重要手段，然而碳酸鹽巖中的鈣同位素容易受到成巖改造的影響，使之難以反映古海水的鈣同位素變化。牙形石化石的主要化學(xué)成分是磷酸鈣，不易受成巖過程的影響，是示蹤古海水鈣同位素變化及相關(guān)古環(huán)境變化的良好載體。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室三疊紀(jì)研究團(tuán)隊(duì)與美英科學(xué)家合作，選取華南上二疊統(tǒng)-中三疊統(tǒng)牙形石化石，進(jìn)行了系統(tǒng)的鈣同位素地球化學(xué)分析。研究成果發(fā)表于《化學(xué)地質(zhì)》(Chemical Geology)上，題目為“Conodont calcium isotopic evidence for multiple shelf acidification events during the Early Triassic”。
該研究對(duì)華南地區(qū)三個(gè)剖面(尖子山、作登、明塘剖面，圖1)32個(gè)層位的牙形石樣品進(jìn)行鈣同位素分析，得到了晚二疊到中三疊世(長(zhǎng)興期-安尼期)較連續(xù)的牙形石同位素變化曲線，揭示了該時(shí)期海水鈣同位素變化規(guī)律(圖2)。
研究發(fā)現(xiàn)在二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交，史密斯-史帕斯亞期之交和早-中三疊世之交存在三次牙形石鈣同位素的顯著下降，下降幅度為0.2‰左右，反映了古海水鈣同位素的變化過程(圖2)。第一次事件與碳酸鹽巖碳同位素的負(fù)偏，全球變暖，海洋缺氧，風(fēng)化加劇，海平面下降等事件同時(shí)發(fā)生，可能是由于火山爆發(fā)釋放大量二氧化碳，導(dǎo)致海洋酸化，碳酸鹽骨架沉積減少，進(jìn)而導(dǎo)致海水鈣同位素下降(圖3)。
早三疊世中、晚期的兩次鈣同位素負(fù)偏事件與碳同位素的正偏，全球變冷，海洋缺氧同時(shí)發(fā)生，與二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交的事件性質(zhì)明顯不同。本研究基于牙形石鈣同位素，并結(jié)合已有地質(zhì)記錄，提出一個(gè)新的成因模式，即上升流導(dǎo)致的大陸架酸化事件(圖3)。早三疊世海洋長(zhǎng)期處于分層狀態(tài)，下層海水長(zhǎng)期缺氧、酸化。氣候變冷促使洋流循環(huán)加速，上升流將下層缺氧、酸化海水帶到大陸架，導(dǎo)致淺水碳酸鹽沉積減少、鈣同位素負(fù)偏、生物滅絕(圖3)。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。
論文信息：Song, H. J., Song, H. Y., Tong, J. N., Gordon, G. W., Wignall, P. B., Tian, L., Zheng, W., Algeo, T. J., Liang, L., Bai, R. Y., Wu, K., Anbar, A. D., 2021. Conodont calcium isotopic evidence for multiple shelf acidification events during the Early Triassic. Chemical Geology, 562: 120038. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.120038
本文來(lái)源：宋海軍投稿
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