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种子植物的辐射可能是触发晚古生代冰期直接原因
2021-05-12 | 编辑: | 【

  晚古生代大冰期发生了显生宙以来持续时间最长、规模最大的成冰事件,这次冰期导致全球古海洋、古气候、古生态发生显著变化,是地球气候环境演化历史上的关键转折期。这次冰期的序幕可以追溯到石炭纪最早期(距今3.55亿年左右),全球气候急剧变冷并伴随显著的碳循环波动 (杜内中期碳同位素正漂移事件,TICE),是晚古生代全球气候由温室冰室转换的冰期正式开始的重要标志性事件。一直以来,维管植物特别是种子植物的登陆和大规模繁盛被认为是触发全球变冷和晚古生代冰期成冰事件的重要原因之一,但长期缺乏证据揭示它们之间的直接因果联系。 

  近期,中国科学院南京地质古生物研究所青年科学家陈波、陈吉涛、郄文昆、黄璞等人与来自南京大学、厦门大学以及英、德、美等国的国内外同行合作,对石炭纪杜内期这一关键时期的古海洋环境变化及其与种子植物的演化关系进行了详细研究。系统地揭示出陆地生态系统演变是如何通过影响地表生物地球化学循环而最终导致全球气候变化的全过程。相关研究成果于51日在线发表于国际地学知名期刊《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)。 

  通过对华南和越南等地5条早石炭亚纪剖面开展详细的碳、锶、氧同位素分析(分别指示碳循环、大陆风化和古温度变化),同时系统地梳理了晚泥盆世-早石炭亚纪早期全球种子植物属一级多样性及其地理分布变化,研究者发现海水的锶同位素比值在杜内期中期开始下降,并伴随着碳酸盐碳同位素值和牙形刺氧同位素值的增加(图1)。这三个同位素体系的耦合变化正对应于种子植物早期演化阶段中最重要的一次辐射事件(图2)。此次事件中,种子植物以多样性的快速增加和分布范围的显著扩张为特征。 

  本次研究表明:早石炭亚纪杜内期种子植物的辐射和扩张导致硅酸盐尤其是玄武质硅酸盐风化的增加(87Sr/86Sr值下降),使得磷等陆源营养物质大规模输入到海洋中,从而促进全球海洋生产力的提升和有机碳埋藏量的增加(δ13Ccarb值升高);而硅酸盐风化和有机碳的埋葬会大量地消耗大气中的二氧化碳,最终导致气候的变冷(δ18Oapatite值升高)和全球气候由温室冰室期的转换。研究结果对我们进一步理解陆地生态系统的兴起及其在塑造全球气候中所扮演的角色有重要意义。   

  本次研究中碳酸盐碳同位素、牙形刺氧同位素分析工作在南京古生物所实验技术中心稳定同位素实验室完成,感谢刘静高工在碳同位素分析上给予的帮助和谭超工程师在图画绘制上提供的支持。 

  该研究受中国科学院先导战略专项B类项目和国家自然科学基金委项目共同资助。 

  论文相关信息:Bo Chen*, Jitao Chen, Wenkun Qie, Pu Huang, Tianchen He, Michael M. Joachimskic, Marcel Regelous, Philip A.E. Pogge von Strandmannd, Jiangsi Liu Xiangdong Wang, Isabel P. Montanez, Thomas J. Algeo. (2021). Was climatic cooling during the earliest Carboniferous driven by expansion of seed plants? Earth and Planetary Science Letters Volume 565, 116953. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116953. 

图1.早石炭亚纪杜内期碳、氧、锶同位素变化与种子植物演化之间的关系 

图2.晚泥盆世-早石炭亚纪种子植物属级多样性和分布范围变化


 
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