科研进展
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岩芯高分辨率元素扫描揭示奥陶纪末冰期存在多期海平面旋回
在距今4.45亿年前的奥陶纪末期，地球上发生了显生宙以来第一次短暂而剧烈的全球性气候变冷事件——赫南特冰期。这次冰期事件在中高纬度地区留下丰富的、多期次的冰川沉积记录，然而，在中低纬度（如华南）的海相地层中始终难以找到这次冰期事件的可靠沉积学和沉积地球化学证据，这种缺失有可能与地层信息提取程度和分析仪器的分辨率有限等条件相关。
华南扬子区奥陶纪末期地层保存完整、化石丰富，但因地层凝缩、厚度较小且岩相单一，此前研究难以取得较高精度的冰期-海平面变化证据，阻碍了对该次冰期在低纬度地区的环境效应研究，并进一步影响到不同纬度区之间的精确地层对比。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队博士研究生李超和张俊鹏博士等，对扬子区多口科研钻井的奥陶系顶部地层岩芯展开沉积微相、主微量元素、有机碳丰度及碳同位素等分析研究。研究揭示了该次冰期在中低纬度地区的旋回特征及环境效应。其中，元素分析首次借助岩芯元素断层扫描技术（XRF分析），获得了迄今为止最高的测试精度（样品点/1 mm），测试结果得到了密集取样的ICP-OES/MS测试结果的对照检验，从而获得了高分辨率的元素地球化学证据。该研究成果已于近日在线发表于地学SCI学术期刊Global and Planetary Change。
通过详细的沉积微相和海平面变化指示元素研究，表明奥陶纪末冰期在华南扬子区主要表现为三幕冰期-海平面旋回，相对海平面下降分别发生在晚奥陶世凯迪末期、赫南特早期和赫南特晚期。其中，第三幕海平面下降为本次冰期事件中最大一次海平面下降，记录于观音桥层上部。研究提出的三幕式赫南特冰期-海平面旋回与已发表的中高纬度地区冰碛岩记录相一致，且与其他板块的沉积（暴露面等）与地球化学证据（如εNd、δ7Li和187Os/188Os等）可对比，进一步证实了赫南特冰期的多期次性。
同时，古海洋环境研究指出，在赫南特冰期期间，华南扬子区不同相区的海洋古生产力和底水氧化还原状态也表现出与冰期-海平面旋回的同步变化，说明冰期可能通过改变水体循环和营养盐循环模式而影响到当时海洋的生物泵效率。
本研究得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家科技重大专项和国家留学基金委员会的联合资助。
论文相关信息：
Li Chao, Zhang Junpeng, Li Wenjie, Botting Joseph, Chen Qing, Fan Junxuan, Zhang Yuandong. 2021. Multiple glacio-eustatic cycles and associated environmental changes through the Hirnantian (Late Ordovician) in South China. Global and Planetary Change, 207: 103668. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2021.103668.
图1. 双河1井海平面变化指示元素岩芯扫描（XRF）与主微量测试（ICP）结果
图2. 黄葛1井、双河1井、宜湾1井赫南特冰期海平面记录与全球对比232021-11 -
华南周缘酸性火山作用导致二叠纪末陆地生态系统崩溃
二叠纪末生物大灭绝是近5亿多年以来地质历史中发生的最严重的生物灭绝事件，导致约81%的海洋生物物种和89%的陆地生物物种在很短的时间内灭绝。由中国科学院南京地质古生物研究所和南京大学等国内外多家单位的学者组成的研究团队发现华南周缘大规模酸性火山喷发也是二叠纪末生物大灭绝的一个重要诱因，而曾经所认为的西伯利亚大规模基性火山喷发也并非二叠纪末生物大灭绝的唯一推手。相关研究成果于11月17日在线发表于国际知名刊物《科学进展》(Science Advances)。
二叠纪末生物大灭绝及其与火山活动之间的时间联系及生物灭绝模式大都来自于华南的地质记录，然而，被认为是二叠纪末生物大灭绝推手的西伯利亚大火成岩省所在区域很少有化石记录的灭绝模式，也没有可以与全球对比的沉积地球化学证据记录这次生物大灭绝，最新的少量古生物资料表明：西伯利亚地区二叠纪末生物大灭绝造成的生物多样性损失并没有华南地区严重。此外，西伯利亚大火成岩省开始于二叠纪末生物大灭绝事件之前约30万年，并一直持续到生物灭绝事件之后的约50万年，但二叠纪末生物大灭绝事件发生在6万年甚至更短的时间内。因此，无论是大灭绝发生的时间和火山作用持续的时间，华南与西伯利亚的记录都存在不一致的现象。
华南地区保存有二叠纪-三叠纪过渡时期最完整的海相和陆相沉积记录，完整地记录了这次生物大灭绝事件过程中海洋和陆地生物的快速灭绝，并留存了可以进行海洋和陆地环境变化全球对比的各类地球化学证据。通过对康滇古陆的陆相和海陆过渡相二叠系-三叠系剖面的研究表明，上二叠统宣威组中含有非常丰富的煤炭资源和高度分异、具有热带雨林特点的大羽羊齿植物群；从二叠系-三叠系过渡层卡以头组之底开始，大羽羊齿植物群快速减少，“中生代型”的植物类群开始出现；至下三叠统东川组底部植物化石基本消失。与此同时，该时期还表现出成煤作用停止、土壤系统崩溃、气候快速干旱化。因此，华南地区是在陆地上更全面认识二叠纪末生物大灭绝事件及其诱因的理想区域。
研究团队在我国西南部云南和四川等地4个经典的陆相二叠系-三叠系剖面生物大灭绝层位发现铜的异常富集。经检测，铜元素含量在上二叠统宣威组中的背景含量通常低于500ppm，但到二叠系-三叠系过渡层中却有着高达40000ppm的富集，在地层中多以次生孔雀石和辉铜矿形式保存，并多与野火事件形成的炭屑颗粒相伴生。
研究团队还创新性地将铜同位素应用到生物大灭绝事件的研究之中，发现铜同位素在华南陆相剖面二叠纪灭绝之前的沉积物中基本处于零值附近，反映其主要来源与火山物质风化的产物；但在二叠纪末生物灭绝事件期间，在多个陆相剖面都发生突然的负偏，不同剖面铜同位素的负偏幅度与铜元素富集程度相关；而在灭绝事件之后则发生明显的正漂移，反映了二叠纪生物大灭绝期间大量外源物质的输入。
汞元素及其同位素被认为是指示全球火山作用的化学代用指标，在二叠纪末生物大灭绝的研究中已被广泛应用。本研究中，在华南四个陆相剖面二叠纪末大灭绝期铜富集层位同样也发现汞元素高达近百倍的富集，并且不受控于有机碳的富集程度。同时，汞同位素质量分馏和非质量分馏在二叠纪末大灭绝事件发生期间也发生了明显的变化。
富铜沉积层中熔体包裹体具有极高浓度的铜元素和硫元素，并且保持稳定的比例关系，且铁含量较低，指示二叠纪末大灭绝层位高浓度铜元素极有可能来自于火山喷发产生的蒸汽或气溶胶中硫化物液滴的直接沉积。这些硫化物液滴与宿主火山物质的矿物学和化学成分一致，强烈表明它们来自酸性火山活动。诸多已报道的二叠纪-三叠纪过渡期内酸性火山物质和汞异常，主要分布在特提斯洋和冈瓦纳南部古太平洋边缘周围，表明喷发中心在华南地块南部或/和西南方向，而不是西伯利亚。
根据地层中铜元素等的丰度和分布范围，研究人员推测华南周缘的火山活动最少释放超过19亿吨的铜和几十亿吨的二氧化硫，这种爆发通量是现代火山活动二氧化硫年通量的10-200倍。酸性火山喷发释放的大量富硫气溶胶穿透对流层后滞留于平流层导致全球千年尺度的“火山冬天”，这种快速降温与随后的快速升温可能比火山作用导致的长期逐渐升温对生物的影响更致命。故此，华南周缘大规模酸性火山喷发亦是二叠纪末生物大灭绝的一个重要诱因。
以往二叠纪末生物大灭绝的研究多集中在海洋沉积记录上，而陆相二叠纪末生物大灭绝的研究相对较少。这项研究结合高精度同位素地质年代学、微量元素和同位素等地球化学，以及陆地生物灭绝模式和火山物质记录，在陆地上建立了火山活动和二叠纪末生物大灭绝之间的联系。尽管这项研究不否定西伯利亚大火成岩省对二叠纪末生物大灭绝事件的影响，但结合我国东部地区、昆仑山脉、金沙江流域、澳大利亚东部、南美洲西部等地区二叠纪-三叠纪之交广泛存在的大规模二叠纪-三叠纪之交酸性火山喷发记录，证明特提斯洋中和泛大陆周边的大陆岩浆弧酸性火山喷发导致的环境灾难远超以往的认识，可能是2.52亿年前这次最大的生物灭绝事件的主要凶手之一。
南京大学沈树忠院士为论文通讯作者，南京古生物所张华研究员为论文第一作者。此项研究得到中国科学院先导专项、科技部以及国家自然科学基金委的资助。
文章信息：Zhang, H., Zhang, F.F., Chen, J.B., Erwin, D.H., Syverson, D.D., Ni, P., Rampino, M., Chi, Z., Cai, Y.F., Xiang, L., Li, W.Q., Liu, S.A., Wang, R.C., Wang, X.D., Feng, Z., Li, H.M., Zhang, T., Cai, H.M., Zheng, W., Cui, Y., Zhu, X.K., Hou, Z.Q., Wu, F.Y., Xu, Y.G., Planavsky, N., Shen, S.Z., 2021. Felsic volcanism as a factor driving the end-Permian mass extinction. Science Advances 7, eabh1390. https://science.org/doi/10.1126/sciadv.abh1390.
图1 华南陆相剖面二叠纪-三叠纪过渡期富铜沉积物和炭屑
图2 华南陆相二叠系-三叠系官坝冲剖面的岩石地层、化石记录、有机碳同位素、铜元素富集和同位素异常
图3 华南二叠纪大灭绝期间富铜沉积形成过程示意图232021-11 -
高精度年代学研究解密埃迪卡拉纪地球生命演化的节奏
近日，由中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的中英美俄国际合作团队在埃迪卡拉纪高精度地质年代学研究中获得重要进展，为揭示地球这一关键转折期的演变提供了一个全新的时间框架。该成果于2021年11月3日在线发表于《科学》（Science）杂志子刊《科学进展》(Science Advances)，英国地质调查局杨传博士为第一和通讯作者，朱茂炎研究员和耶鲁大学Alan Rooney博士为共同通讯作者。
距今6.35-5.39亿年前的埃迪卡拉纪是介于以极端冰期为特征的成冰纪和以寒武纪大爆发为特征的寒武纪之间的地质年代。该时期地球的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈均发生了剧烈变化，因而是地球宜居性演化的关键转折期。
埃迪卡拉纪时期，地球刚从全球几乎被冰雪覆盖的极端寒冷气候中苏醒过来，表层海洋以氧化的海水为主，表层海洋之下以缺氧的海水为主但伴随着周期性的氧化事件，大气的氧含量逐步升高。特别是海洋中的发生无机碳同位素剧烈波动，可能表明底层大洋发生间歇性氧化。这一系列环境事件可能导致了埃迪卡拉纪的宏体复杂生物的繁盛，特别是动物开始出现并发生分异，海洋生态系统由微生物占主导的席状生态系统向类似现代海洋生态系统转变。因此，揭示埃迪卡拉纪地球表层各系统演变与复杂生命崛起之间相互联系和机制，成为当今地球系统科学和宜居性研究的前沿课题。其中，高精度地质年代学是揭示地球表层各系统演变与复杂生命崛起之间相互联系的关键。
埃迪卡拉纪记录了一次地球历史上最大的海洋碳同位素负异常事件，国际上通常称为“Shuram”事件，在我国华南称为“DOUNCE”事件。“Shuram/DOUNCE”事件的年龄、持续时间和全球性问题是建立埃迪卡拉纪全球年代标准和解决埃迪卡拉纪生命与环境演化问题的关键。因而，有关“Shuram/DOUNCE”事件及其与宏体复杂生物起源演化之间成因联系等问题的研究成为目前地球科学领域中热点，围绕这些科学问题的争议非常激烈。
南埃迪卡拉纪陡山沱组（距今6.35-5.50亿年以前）不仅保存有丰富的化石记录，而且以碳酸盐岩和黑色页岩为主的岩石组合为开展地球化学研究提供了最佳的素材。2005年，麻省理工学院Dan Condon博士、Sam Bowring教授与朱茂炎研究员团队合作发表在《科学》（Science）期刊上的文章奠定了陡山沱组高精度地质年代学研究的基础，并首次将“Shuram/DOUNCE”事件的结束时间确定为5.51亿年前。随着研究的深入，陡山沱组上部碳酸盐岩碳同位素地层的区域复杂性逐渐被揭示出来（图1）。陡山沱组上部地层的区域对比，以及与之相关的陡山沱组上部地层中碳同位素负漂移事件的次数、“Shuram/DOUNCE”事件的层位及年龄，再次成为学界争论的焦点。
针对上述关键科学问题，研究团队对华南陡山沱组中部的黑色页岩和陡山沱组上覆的灯影组和留茶坡组中的火山灰夹层分别开展黑色页岩Re-Os和锆石CA-ID-TIMS U-Pb地质年代学研究。获得的年代学数据不仅为陡山沱组中的具刺疑源类、瓮安生物群、翁会生物群、庙河生物群及灯影组中的典型埃迪卡拉化石组合提供了年龄约束，而且确定了陡山沱组中碳同位素负漂移事件的时代，特别是将华南埃迪卡拉纪斜坡相的“Shuram/DOUNCE”事件结束的时间确定为早于5.56亿年前。
如果“Shuram/DOUNCE”事件具有全球等时性的话，那么华南埃迪卡拉纪台地相陡山沱组上部至少记录了两次碳同位素负漂移事件。年龄偏老的持续时间长的是“Shuram/DOUNCE”事件，年龄偏年轻的事件持续时间比较短，结束于5.50亿年前。上述结论得到了其他地区埃迪卡拉纪碳酸盐岩碳同位素和年代学数据的支持，比如加拿大、阿曼、巴西和纳米比亚（图2）。综合数据表明，“Shuram/DOUNCE”事件发生在5.75~5.65亿年之间，误差在5百万年左右（主要基于黑色页岩Re-Os年代学数据）。
这项工作的另一重要进展是，重新厘定了埃迪卡拉生物群（5.75-5.39亿年前）三个演化组合：阿瓦隆（Avalon）组合、白海（White Sea）组合和纳玛（Nama）组合之间的时间关系。已经发表的数据表明，阿瓦隆组合年龄为5.75-5.60亿年前，纳玛组合的年龄为5.50-5.39亿年前。为解决白海组合的年龄问题，研究团队通过与俄罗斯同行合作，对俄罗斯境内记录有白海组合的地层中的火山灰夹层开展高精度地质年代学研究，结果表明，白海组合开始的时间稍早于5.57亿年前，结束的时间略晚于5.53亿年前。埃迪卡拉生物群三个演化组合时间关系的厘定为认识它们之间的演化关系奠定了基础。
基于已经发表的和新的年代学数据，研究团队将埃迪卡拉纪的碳酸盐岩碳同位素数据和化石记录综合起来，建立了最新的埃迪卡拉纪综合年代学模型（图3）。该模型不仅为埃迪卡拉系的划分与对比奠定了基础，而且为探讨埃迪卡拉纪生物快速演化与同时期海洋碳酸盐岩碳同位素剧烈波动之间的成因联系提供了年代学依据。
该研究得到中科院先导专项B、中国国家自然科学基金委员会（NSFC）、英国环境研究理事会（NERC）、美国国家科学基金委员会（NSF）和俄罗斯科学基金（RSF）的资助。
论文信息：Yang, C.*, Rooney, A.D.*, Condon, D.J., Li, X.-H., Grazhdankin, D. V, Bowyer, F.T., Hu, C., Macdonald, F.A., and Zhu, M.*, 2021, The tempo of Ediacaran evolution. Science Advances, 7, eabi9643.
图1 华南埃迪卡拉纪地层
图2 埃迪卡拉纪中晚期两次碳同位素负漂移事件的年代学约束
图3 埃迪卡拉纪综合年代学模型232021-11 -
塔里木盆地发现奥陶纪中期燧石团块保存的微体藻类化石
奥陶纪时期，全球多个地区广泛沉积硅质岩，其中包括哈萨克斯坦、澳大利亚东部。尽管奥陶纪深海燧石的微观古生物学有相对较好的记录，但奥陶纪浅海燧石的微体化石组合却知之甚少。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所孟凡巍、燕夔副研究员，袁雪君硕士等与中国石化石油勘探开发研究院的张智礼、李慧丽高级工程师合作，对中国塔里木盆地北部的YJ -1井奥陶纪中期一间房组的钻孔碳酸盐岩岩芯进行研究，在碳酸盐岩中发现了大量燧石结核。此前，中国奥陶纪微体浮游藻类化石（疑源类）基本来自页岩浸泡，此次研究是国内首次对奥陶纪燧石相化石进行研究，丰富了对奥陶纪生物圈的认识。相关研究成果发表于国际SCI杂志《碳酸盐和蒸发岩》（Carbonates and Evaporites）上。
通过对燧石结核进行切片研究，发现其中包含丰富的化石藻类组合，共计11个属13种的浮游藻类化石（疑源类），以及丝状蓝藻；进而揭示了中奥陶世燧石相的生物组合面貌。该生物组合表明当时是一个浅海环境，这一推断得到了岩石学和其他动物学证据的证实。
燧石中的疑源类化石组不仅可以与全球同时期其他地区组合进行对比；也可用于露头及井下生物地层对比，具有重要的生产实践指导意义。
本次研究得到国家自然科学基金面上项目，中国自然科学基金中以合作项目，以及中科院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目的共同支持。
论文相关信息：Zhang, Zl., Meng, Fw., Zheng, Qf. et al. Microfossils from nodular cherts in the Middle Ordovician Yijianfang Formation carbonates (Well YJ1X), Tarim Basin, China. Carbonates Evaporites 36, 38 (2021). https://doi.org/10.1007/s13146-021-00689-7.
中国塔里木盆地北部的YJ -1井奥陶纪中期一间房组燧石中的化石藻类122021-11 -
数据库分析揭示了昆虫对二叠纪末大灭绝事件的响应
昆虫作为现今地球上多样性最高的生物，自石炭纪开始繁盛，在二叠纪已成为陆地生态系统中的重要角色。二叠纪末发生了地质历史上规模最大的生物灭绝事件，导致了陆地生态系统的崩溃。迄今学界对此时期昆虫的演化过程争议颇大，进而导致我们对于昆虫对大灭绝的响应机制知之甚少。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所硕士研究生赵显烨在王博研究员指导下，与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士生余逸伦以及俄、美等国科研人员合作，依托南京古生物所大数据中心，建立了全球甲虫（昆虫纲：鞘翅目）化石形态数据库。在此基础上，研究人员利用多种数学模型对早二叠世至中三叠世甲虫的分类多样性、形态歧异度、系统发育和生态习性进行了综合分析，重建了甲虫的早期演化历史。研究发现大灭绝事件（特别是去森林化）明显影响了甲虫的早期演化历程，为理解昆虫对大灭绝事件的响应过程和机制提供了新见解。研究成果近期发表于英国综合性学术期刊eLife上。
本研究厘定了甲虫部分关键类群，分别统计了自然类群、形态类群及混合类群的物种数；并参考全延限假设，计算得到了分类多样性变化曲线。在新的系统发育矩阵的基础上，采用最大简约法构建了早期甲虫的系统发育树。研究还建立了甲虫鞘翅形态数据库，并且利用主坐标分析和非度量性多维标度变换方法，基于多种形态歧异度指标，定量分析了早二叠世至中三叠世甲虫形态差异的变化。
结果表明，随着早、中二叠世甲虫干群的辐射，其多样性与形态歧异度同步增加。晚二叠世其多样性与形态歧异度解耦，多样性的增加并未伴随形态歧异度而发生显著变化。在二叠纪末大灭绝事件后，早三叠世的甲虫蛀食性干群近乎完全灭绝，多样性、形态歧异度皆明显降低。早三叠世蛀食性甲虫化石记录的空白与森林生态系统的崩溃时间（即无煤期，“Coal Gap”）大致吻合，表明蛀食性甲虫的灭绝可能源于去森林化作用所造成的栖息环境的消失。中三叠世甲虫类群明显恢复，新的蛀食性甲虫类群再次广泛出现，这也与森林生态系统的恢复时间相一致；此时期甲虫类群也逐渐完成了从古生代类群（基干类群为主）到中生代类群（多食亚目为主）的转换。
现代自然界中，昆虫在陆地碳循环中扮演着重要的角色。森林是陆地生态系统中最大的碳储库，植食性昆虫通过分解木质组织，将光合作用固定的碳以二氧化碳形式返回于大气。现今昆虫对森林枯木分解贡献率平均为29%，年排碳量约为3.2±0.9 Pg。甚至在短时间内，植食性甲虫的爆发足以让森林从碳汇转变为碳源。然而，漫长的地质历史时期，昆虫对全球碳循环及气候的影响被长期忽略。
古生代陆生植物大辐射伴随着巨量碳储存和氧气释放，这被认为是同期大气氧含量上升的主导因素。但大气氧含量在石炭纪达到顶峰后下降的原因尚存争议。近期，新的地球化学模型提出二叠纪陆地植食性动物对碳埋藏的限制可能是大气氧含量下降的主要驱动力。在二叠纪，相对于甲螨、脊椎动物等植食性生物，蛀食性甲虫成为更重要的木材分解者。这些甲虫通过与微生物（例如真菌）的相互作用显著提高了木材的降解速率。因此，二叠纪蛀食性甲虫的辐射可能是二叠纪大气氧含量下降的一个主要驱动力。
本研究还首次利用形态歧异度等指标对昆虫化石进行分析。结果表明，基于大数据以及多指标、多种模型的联合分析有助于我们更好地揭示地质历史时期生物的演化规律和可能的驱动力。
当今，人类造成的全球变暖与毁林事件导致森林昆虫多样性不断下降，与二叠纪末期灭绝事件十分相似。本研究或许有助于我们更好地了解未来昆虫将如何响应全球气候的变化。
本研究由国家自然科学基金、中国科学院等资助。南京古生物所画师杨定华绘制了化石复原图。
论文相关信息：Zhao Xianye, Yu Yilun, Clapham M.E., Yan E., Chen Jun, Jarzembowski E.A., Zhao Xiangdong, Wang Bo* (2021) Early evolution of beetles regulated by the end-Permian deforestation. eLife, doi: 10.7554/eLife.72692.
二叠纪甲虫代表性化石及复原图
早二叠世至中三叠世甲虫多样性变化曲线
早期甲虫系统发育树（A）和蛀食类群占比生态变化曲线（B）
早期甲虫形态歧异度对比分析102021-11 -
滇东北首次发现奥陶纪末大灭绝前微体舌形贝型腕足动物
舌形贝型亚门腕足动物是寒武纪演化动物群的重要组分，也是古生代演化动物群中非常独特的一部分。但由于它们个体通常很小且数量稀少，研究相对薄弱。对于华南凯迪期的微体舌形贝型腕足动物，至今未见正式发表的文献。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所的博士研究生陈迪在黄冰研究员指导下首次报道并系统描述了一个华南凯迪期的深水微体舌形贝型腕足动物组合，这也为研究奥陶纪末大灭绝前非铰合类腕足动物的演化提供了新的资料。相关研究成果于近期发表在国际地学学术刊物Papers in Palaeontology。
此次研究的岩石样品采自滇东北永善县万和剖面的宝塔组、临湘组和大渡河组，时代属于凯迪中晚期。永善地区位于华南古板块的西缘，环境较为开阔，广泛沉积灰岩、泥灰岩，这为舌形贝类提供了良好生存条件。样品经酸泡处理获得微体舌形贝型腕足动物，共鉴定出9属13种。
为研究全球深水微体舌形贝类的组成和古生物地理分布模式，本文首次建立了全球凯迪期舌形贝型腕足动物数据集，数据主要来自于波罗的卡、阿瓦隆尼亚、澳大利亚-冈瓦纳、Boshchekul岛弧和华南古板块上的10个采样点或采样地区，涵盖舌形贝型亚门中的5个超科 (舌形贝超科Linguloidea，平圆贝超科Discinoidea，乳孔贝超科Acrotretoidea，管洞贝超科Siphonotretoidea和神父贝超科Paterinoidea)，共计40属。
通过定性分析和NMDS (非度量型多维尺度变换分析) ，结果与铰合类腕足动物类似，凯迪期深水微体舌形贝类的分布同样具有一定的地理分区性。通常古地理位置上离得近的，往往拥有更多相同的属。但也有例外，比如华南与波罗的卡、阿瓦隆尼亚、澳大利亚-冈瓦纳的距离，相较于华南与Boshchekul岛弧的距离更远，但却拥有更高的相似性，这可以用古海洋环流或是环境差异来解释。Boshchekul岛弧当时位于北半球洋流系统中，而华南当时位于南半球低纬度地区，靠近冈瓦纳大陆西缘，位于南半球的环流中。同时，波罗的卡和阿瓦隆尼亚古板块也在这个南半球洋流体系中，所以与华南有较高的相似性。与Boshchekul岛弧相比较而言，华南与澳大利亚-冈瓦纳古板块的相似性更高，可能是因为腕足动物沿着大陆海岸线迁徙，也可能是因为华南与Boshchekul岛弧的古环境差异更大。
论文相关信息: Chen, D., Huang, B., Li, W.J., Li, R.Y. and Rong, J.Y. (2021), Late Ordovician (Katian) linguliform microbrachiopods from north-eastern Yunnan, South China. Papers in Palaeontology, https://doi.org/10.1002/spp2.1407.
凯迪期非铰合类腕足动物古地理分布与华南两种代表性化石052021-11 -
PPP专辑《早古生代海洋氧化、缺氧与生命演化》出版
近日，中国科学院南京地质古生物研究所张俊鹏博士、张元动研究员，与美国加州大学河滨分校Timothy W. Lyons教授、Charles W. Diamond博士，美国阿巴拉契亚州立大学助理教授Cole T. Edwards，在地学SCI学术期刊《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上共同组织的专辑《Marine oxygenation, deoxygenation and life during the Early Paleozoic》完成出版。该专辑共收录了来自中、美、欧等多个国家和地区地学同行的研究论文共15篇，综述论文2篇。论文以地质学、地球生物学和沉积地球化学研究为主，内容涉及寒武纪-泥盆纪多个关键时期的地质事件，通过重建沉积期的古生产力与氧化还原条件，分析生物地球化学循环波动，探讨海洋缺氧事件与生态系统变化之间的关系。
氧气与生命的关系一直是“地质历史时期生命与环境协同演化”研究领域的热点与难点。无论是以古元古代和新元古代大气氧气含量的升高作为早期生命演化的关键节点，抑或是将显生宙以来的海洋缺氧事件当作海洋生物灭绝事件的诱因；诸多此类研究中，重建大气-海洋的氧气含量水平一直都是关键。
早古生代，作为见证海洋生物多样性爆发与复杂生态系统形成的重要时期，早期植物的登陆同样参与调节大气氧气与二氧化碳的含量。然而，尽管大气氧气含量在逐步上升，海洋依然发生多期次不同规模的缺氧事件。虽然无法在规模上与中生代的大洋缺氧事件相提并论，但它们常常能与同期发生的生物灭绝事件联系起来。因此，在大气海洋有氧化的进程中，探讨这些海洋缺氧事件的成因与规模及其可能对海洋生态系统产生的影响颇为重要，这也是组织该专辑的意义。
中晚寒武世，温室气候期的海洋底水氧化还原状态不稳定。LeRoy et al. 通过深水相页岩的铁组分和微量元素数据，恢复寒武纪鼓山阶-排碧阶长时间尺度的海洋底水化学状态变化；而Gill et al. 通过黑色页岩的δ98Mo估计碳同位素漂移事件SPICE（Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion）期间缺氧海底面积，指出局部地区缺氧海水在SPICE前已经开始扩张。早中奥陶世，伴随全球降温，海洋水体分层效应减弱，广海整体趋于氧化。Chen Y. et al.、Luan et al. 和Fang et al. 分别通过沉积学和地球化学手段重建浅水碳酸盐台地、台地边缘、台地内凹陷等不同沉积环境中的氧化还原条件变化，并提出这些变化对于同期生物事件成因的启示。
晚奥陶世-早志留世之交，海洋生物地球化学循环伴随冰期也发生变化。赫南特冰期期间，海洋循环加剧，营养盐循环增强（Liu et al.），表层海水生产力增加（Khan et al.），因此虽然浅水相区因海平面下降造成氧化还原界面变深，但外陆棚斜坡及深水相区底水依然保持缺氧状态，甚至硫化（Young et al.）。然而，Chen C. et al. 通过分析灰岩中存在的流体迁移现象，指出该时期的碳酸盐岩地球化学信号更容易受成岩作用影响。同时，Baucon et al. 则通过观察笔石、遗迹等化石特征，讨论缺氧海水影响下的生态系统变化。晚志留世发生的劳事件（LAU）及同期大幅度的全球碳同位素漂移，同样是全球气候变化和广海有机碳埋藏增加的结果；Bowman et al. 和 Fryda et al. 通过不同的地球化学指标和模拟计算，得出一致的结果。晚泥盆世的海洋缺氧事件，长时间以来一直被认为是同期生物灭绝事件的诱因，但其期次、持续时间和分布范围一直存在争议。Boyer et al. 通过分析同一沉积盆地不同环境的氧化还原条件变化，指出缺氧海水的扩张时间和分布范围决定水体缺氧对生态系统的影响程度和具体机制，未来研究应关注二者在时间和空间上的对应性。
另外，由责任客座编辑张俊鹏等完成的同名综述文章《Marine oxygenation, deoxygenation, and life during the Early Paleozoic: An overview》同时出版。该文章通过分析不同经典模型重建的大气氧气、二氧化碳含量波动及长时间尺度的气候转变，系统性地总结和评述早古生代各期次海洋缺氧事件的成因、特点及其与生物地质事件的关系，最后指出当前研究存在的问题并展望未来研究的发展趋势。
本研究得到中国科学院先导专项、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金委、国家留学基金委和美国航天局NASA Astrobiology Institute的共同资助。
具体专辑内容，详见网页：Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology | Marine oxygenation, de-oxygenation, and life during the early Paleozoic | ScienceDirect.com by Elsevier
早古生代大气-海洋环境综合变化图，包含大气O2和CO2含量，海水87Sr/86Sr和δ13C及表层海水温度（SST，℃），海洋动物多样性变化，陆生植物演化节点等（详见Zhang et al., 2021，图中灰色条带指示海洋缺氧事件）
032021-11 -
RPP出版“植物庞贝”研究专辑
在中国科学院南京地质古生物研究所建所七十周年之际，国际权威学术期刊《古植物与古孢粉学评论》（Review of Palaeobotany and Palynology）本月出版了二叠纪“植物庞贝”研究专辑《Wuda Tuff Flora: A Permian peat-forming T0 fossil plant assemblage from Wuda Coalfield, Inner Mongolia》，恭贺南京古生物所70华诞（Dedicated to the 70th Anniversary of Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, CAS）。封面化石植物——华夏植物群代表瓢叶目联合齿叶Tingia unita。
二叠纪“植物庞贝”研究专辑封面（封面照片：华夏植物群的特有属种Tingia unita）
整体植物复原照片，有节类Palaeostachya guanglongii
距今约3亿年前，中国内蒙古乌达煤田生长着一片生机盎然的沼泽森林。因一场意外的火山活动，这片森林被火山灰沉降作用定格在原地，这种保存方式与意大利“庞贝古城”颇为相似，故名“植物庞贝”。这一发现于2012年由中国科学院南京地质古生物研究所王军研究员发表在《美国科学院院报》（PNAS），引起了中外学者的广泛关注，被誉为晚古生代陆地生态系统中一座重要的化石森林宝库。
二十余年来，南京地质古生物所的科研人员对内蒙古乌达煤田“植物庞贝”化石森林进行持续不断发掘和探索，不仅获得了详尽的野外样方数据，更积累了大量的植物化石标本。基于原地埋藏的保存状况以及有机连生的标本积累，“植物庞贝”森林群落的物种构成逐步明朗。很多以往仅靠印痕形态鉴定识别的化石属种，随着繁殖器官和解剖结构的完善，都可以整体复原为自然种。与此同时，研究团队还对该植物群落的地质构造、形成时代、埋藏过程、物种构成及生态链条等多项背景信息进行全方位地研究。通过本专辑1篇前言及15篇研究论文，阶段性展示“植物庞贝”的最新研究进展。主要包括：
1）对“植物庞贝”的发现、挖掘和研究历程进行了回顾，并对煤田中6、7号层煤四个植物群的埋藏、演替过程作详细的复原（Wang J. et al., 2021a, preface）；2）对火山灰中的锆石进行高精度的CA-ID-TIMS U/Pb定年，结果显示“植物庞贝”的绝对年龄值在298.34±0.09 Ma，非常接近石炭二叠纪的界限（Schmitz et al., 2021）；3）对“植物庞贝”局部约80 m2的区域进行群落复原，通过该文章系统介绍项目组野外样方调查和群落生态分析的方法（Oplu？til et al., 2021）；4）对“植物庞贝”群落多个类群的物种进行了细致、深入的系统分类研究，这其中包括石松类（D'Antonio et al., 2021）、有节类（Libertín et al., 2021; Liu et al., 2021）、种子蕨类（Zhou et al., 2021a）、前裸子植物瓢叶类（Wang J. et al., 2021b；Bek and Wang, 2021）、真蕨类（Wang S.J. et al., 2021; Wan et al., 2021; He et al., 2021; P？eni？ka et al., 2021; Voto？ková-Frojdová et al., 2021; Zhou et al., 2021b），植物生长型涉及乔木、草本及攀爬等多种类型；5）系统检查“植物庞贝”的化石标本，在有节、真蕨、瓢叶和苏铁等多个植物类群中共发现有八种类型的昆虫取食痕迹，揭示了森林群落中丰富的动-植物相互作用关系（Feng et al., 2021）。
在良好的化石保存条件下，本专辑论文充分利用了当代古生物学实验技术手段，发挥了团队分工协作的共赢优势，体现了对“植物庞贝”多视角多领域的高质量研究价值。“植物庞贝”未来更进一步的研究必将推动我们对于晚古生代多个植物类群早期起源、分类和演化的认识。更重要的是，它直接展示了二叠纪森林陆地生态系统的群落面貌以及复杂程度。
本专辑由王军研究员主导的由中国、美国、德国、英国、捷克等国内外学者组成的“植物庞贝”研究团队完成，相关研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类），国家自然科学基金以及现代古生物学与地层学国家重点实验室的联合资助。
专辑相关信息：Jun Wang, Hermann W. Pfefferkorn, Stanislav Oplu？til, Hans Kerp，eds., 2021. Wuda Tuff Flora: A Permian peat-forming T0 fossil plant assemblage from Wuda Coalfield, Inner Mongolia. Review of Palaeobotany and Palynology.
（https://www.sciencedirect.com/journal/review-of-palaeobotany-and-palynology/vol/294/suppl/C）
论文目录：
Wang, J., Pfefferkorn, H. W., Oplu？til, S., Kerp H., 2021. Permian “vegetational Pompeii”: A peat-forming in situ preserved forest from the Wuda Coalfield, Inner Mongolia, China – Introduction to a volume of detailed studies. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104502.
Schmitz, M. D., Pfefferkorn, H. W., Shen, S. Z., Wang, J., 2021. A volcanic tuff near the Carboniferous–Permian boundary, Taiyuan Formation, North China: Radioisotopic dating and global correlation. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104244.
Oplu？til, S., Wang, J., Pfefferkorn, H. W., P？eni？ka, J., Bek, J., Libertín, M., Wan, M. L., He, X. Z., Yan, M. X., Wei, H. B., Voto？ková Frojdová, J., 2021. T0 Early Permian coal-forest preserved in situ in volcanic ash bed in the Wuda Coalfield, Inner Mongolia, China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104347.
D'Antonio, M. P. B., Boyce; C. K., Wang, J., 2021. Two new species of Sigillaria Brongniart from the Wuda Tuff (Asselian: Inner Mongolia, China) and their implications for lepidodendrid life history reconstruction. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104203.
Liu, L., P？eni？ka, J., Bek, J., Wan, M. L., Pfefferkorn, H. W., Wang, J., 2021. A whole calamitacean plant Palaeostachya guanglongii from the Asselian (Permian) Taiyuan Formation in the Wuda Coalfield, Inner Mongolia, China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104245.
Libertín M., Bek J., Wang J., Oplu？til S., P？eni？ka J., Frojdová J.V., 2021. New data about three sphenophylls and their spores from the volcanic tuff of Wuda, Taiyuan Formation, earliest Permian, China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104484.
Wang, J., Wan, S., Kerp, H., Bek, J., Wang, S. J., 2021. A whole noeggerathialean plant Tingia unita Wang from the earliest Permian peat-forming flora, Wuda Coalfield, Inner Mongolia. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104204.
Bek, J., Wang, J., 2021. A comparative study on in situ spores of some Paleozoic noeggerathialeans and their implications for dispersed spore assemblages. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104379.
Wan, M. L., Sun, W. J., Bek, J., Liu, F., Hill, C., Wang, J., 2021. Scolecopteris minuta sp. nov., a marattialean fern from the early Permian Wuda Tuff Flora of Inner Mongolia, China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104246.
P？eni？ka, J., Wang, J., Bek, J., Pfefferkorn, H. W., Oplu？til, S., Zhou, W., Libertín, M., 2021. A zygopterid fern with fertile and vegetative parts in anatomical and compression preservation from the earliest Permian of Inner Mongolia, China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104382.
Wang, S. J., Wang, J., Liu, L., Hilton, J., 2021. Stem diversity of the marattialean tree fern family Psaroniaceae from the earliest Permian Wuda Tuff Flora. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104378.
He, X. Z., Zhou, W. M., Li, D. D., Wang, S. J., Hilton, J., Wang, J., 2021. A 298-million-year-old gleicheniaceous fern from China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104355.
Voto？ková-Frojdová J., Wang J., P？eni？ka J., Bek J., Oplu？til, S., Libertín M., 2021. A new leptosporangiate fern Oligosporangiopteris zhongxiangii gen. and sp. nov. from the lowermost Permian of Inner Mongolia, China – morphology, anatomy and reproductive organs. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104479.
Zhou, W. M., P？eni？ka, J., Bek, J., Wan, M. L., Boyce, C. K., Wang, J., 2021. A new anachoropterid fern from the Asselian (Cisuralian) Wuda Tuff Flora. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104346.
Zhou, W. M., Wan, S., Wan, M. L., Hilton, J., P？eni？ka, J., Wang, J., 2021. Yangopteris ascendens (Halle) gen. et comb. nov., a climbing alethopterid pteridosperm from the Asselian (earliest Permian) Wuda Tuff Flora. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104282.
Feng, Z., Wang, J., Zhou, W. M., Wan, M. L., P？eni？ka, J., 2021. Plant–insect interactions in the early Permian Wuda Tuff Flora, North China. Review of Palaeobotany and Palynology, 294, 104269.032021-11 -
奥陶纪喇叭角石目头足类系统演化研究进展
头足类是一类海生软体动物，公认起源于寒武纪芙蓉世，一直延续到现代。奥陶纪时期，头足类不仅在壳型以及壳体内部结构上发生了强烈的分化；在生活方式、生物地理方面也呈现分异演化，表现为浮力调节方式开始多样化，游泳能力开始增强，生态分异加剧等特征。其中，喇叭角石目头足类以其壳形样子奇特和快速分异的特征而引人瞩目。
喇叭角石目头足类最早出现于中奥陶世大坪晚期，至晚奥陶世凯迪中期消失，发现于波罗的海、中国、北美等地区。作为可以用于中–晚奥陶世全球地层对比的标志化石，其系统分类和演化历程至今仍不清楚，缺乏系统性研究。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队的方翔博士等，联合瑞士苏黎世大学、芬兰赫尔辛基大学、捷克布拉格查理大学、泰国玛哈沙拉堪大学的科研人员，以华南地区产出的大量化石材料为基础开展了喇叭角石类的系统演化研究，并首次将分支系统学方法运用于喇叭角石目头足类。相关研究成果刊载于国际古生物学期刊《系统古生物学杂志》（Journal of Systematic Palaeontology）。
研究人员结合前人已发表材料，选取了喇叭角石目内震旦角石科和喇叭角石科，共计17个种级分类单元；以及直角石类的2个外类群单元。经过详细描述编码了其中24个性状特征并开展进一步的分析，结果显示喇叭角石目可以分为三个类群（Sinoceras、Ancistroceras、Lituites），并准确对应喇叭角石目的震旦角石科和喇叭角石科。
研究还首次确认震旦角石科为基干类群。科研人员指出，震旦角石科是在中奥陶世早期就率先起源了，而喇叭角石科作为单系类群则是在随后的演化过程中才出现。研究还描述了采自华南地区的新材料，共包括3个新种；其中新建立的Tyrioceras longicameratum也是Tyrioceras属在我国的首次报道。
本研究得到了中国科学院先导专项和国家自然科学基金的共同资助。
论文信息：Fang, X.*, Pohle, A., Kroger, B., Aubrechtová, M., Burrett, C., Zhang, Y.B., Zhang, Y.D., 2021. Phylogeny of Middle–Late Ordovician lituitid cephalopods based on cladistic analysis. Journal of Systematic Palaeontology, 19(9): 633–350. https://doi.org/10.1080/14772019.2021.1944354.
喇叭角石目头足类演化树
以咱象鼻角石（Rhynchorthoceras yizanense sp. nov.）标本，产自湖南省桑植县大田坝组
272021-10 -
华北二叠系高精度时间框架研究取得重要进展
晚古生代大冰期的消退是地球有植被覆盖以来唯一有记录的大冰期向温室期的转变，这次大冰期向温室期的转变与现今可能的全球变暖有很多相似之处。研究该时期地球气候和环境变化与生物演化之间的关系，对认识当前气候变化和人类生存条件有重要的指示意义。
华北地区二叠纪海陆过渡相和陆相地层中保存了丰富的植物化石和脊椎动物化石，为上述研究提供了丰富的材料。但由于陆相植物大化石组合带和孢粉组合带的地层对比分辨率较低，且缺乏高精度绝对年龄的约束，华北地区的二叠纪陆相地层仍然缺乏可靠的时间框架。这阻碍了对这一关键时期重要地质事件、气候变化和生态系统演化等相互关系的深入解读。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所张华研究员等与南京大学沈树忠院士、吴琼博士及合作者在华北二叠系高精度时间框架研究方面取得重要进展。研究成果发表于国际地学领域顶级期刊《地质学》（Geology）。
研究团队在我国华北板块北部保德地区二叠纪海陆过渡相和陆相地层中发现数层火山灰层，通过利用化学剥蚀-同位素稀释-热电离质谱(CA-ID-TIMS)方法对这些火山灰进行了高精度锆石铀-铅同位素年代学研究，共获得7个火山灰锆石高精度铀-铅年龄。首次为华北北部地区二叠纪地层建立了系统的时间框架，颠覆了该地区陆相地层时代以往的划分和对比方案，并为深入解读华北宏观构造背景、生物演化和气候环境变化历史等提供时间约束。
研究发现：华北北部地区上石盒子组顶部与孙家沟组底部之间存在约2千万年（约280 Ma至260 Ma）的地层缺失，推测可能与古亚洲洋强烈的俯冲或闭合有关。华北地区从早二叠世阿瑟尔期开始气候湿度显著降低，该气候变化趋势与同纬度欧美地区气候干旱化同步，表现出中低纬地区的全球性气候干旱化。同时，二叠纪早期大规模火山活动的时间与大气CO2浓度显著上升、晚古生代大冰期显著消退、中低纬地区气候显著干旱化的时间呈现高度吻合，进而表明长期大规模的火山活动可能在晚古生代大冰期消退和中低纬气候干旱化中起重要作用。
南京古生物所张华研究员和南京大学沈树忠院士为共同通讯作者，南京大学吴琼博士为论文第一作者。本研究得到了中科院先导科技专项B的资助。
论文相关信息：Q. Wu, J. Ramezani, H. Zhang*, J. Wang, F. Zeng, Y. Zhang, F. Liu, J. Chen, Y. Cai, Z. Hou, C. Liu, W. Yang, C. M. Henderson, S. Shen*,2021, High-precision U-Pb age constraints on the Permian floral turnovers, paleoclimate change and tectonics of North China. Geology 49, 677–681. doi:10.1130/G48051.1
图1 华北地区二叠系时间框架、植物演化、气候变化和构造事件以及同时期大规模火山活动和全球气候环境变化事件222021-10