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二叠纪末野火事件与陆地植被系统演替系列研究进展
2021-07-02 | 编辑: | 【

  野火事件是陆地生态系统的重要组成部分,在地质历史的诸多重大变革中扮演了至关重要的角色。二叠-三叠纪之交发生了地质历史上规模最大的生物绝灭事件,近年来关于陆地生态系统对该事件响应的研究逐步成为焦点。目前已有越来越多的证据表明晚二叠世全球范围内曾频繁发生重大的野火事件,因此,深入研究该时期野火事件对了解二叠纪-三叠纪之交陆地生态系统的崩溃和植被的演替过程具有重要意义。 

  近期,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队张华研究员和博士研究生蔡垚峰等与南京大学、云南大学的合作者,对中国新疆维吾尔自治区大龙口剖面和贵州省西部冷清沟剖面二叠系-三叠系之交的炭屑化石及有机碳同位素等开展了详细研究,发现火山活动与野火事件存在关联性。相关成果已在线发表于《地球科学评论》(Earth-Science Reviews)和《地学前沿》(Frontiers in Earth Science)期刊上。 

  大龙口剖面锅底坑组中下部具有丰富的炭屑层位,且由底至顶炭屑丰度增加,证明野火事件在该地区晚二叠世频繁发生并有愈演愈烈的趋势,炭屑的平均反射率反映其野火类型以地表火为主;但在锅底坑组上部野火机制发生了显著变化,表现为炭屑最高反射率的骤然下降和林冠火的缺失,进而反映出当时陆地植被系统的崩溃状态,对野火而言则代表了植物燃料在该阶段的极度匮乏。此外,不同种类的炭屑在地层中的分布、植物角质层类型的变化,以及前人的孢粉证据也支持该阶段前后植被系统曾发生去森林化现象。通过有机碳同位素组成的变化、指示火山活动的汞元素含量与炭屑丰度三者之间的耦合表明:火山活动可能是碳同位素组成变化和野火事件发生的深层驱动力,同时野火事件导致的同位素分馏和埋藏也可能进一步影响有机碳同位素组成的变化。 

  在冷清沟剖面地层中,由野火事件形成的炭屑在宣威组上部频繁出现,且反射率高、种类多样;而在卡以头组炭屑的反射率显著降低,同时伴随着种类的减少;表明两组野火燃料存在差异,野火类型亦由高温的林冠火转变为低温的地表火。这一结果支持了前人关于植被系统从宣威组的热带雨林到卡以头组滨海草地演替的观点。此外,宣威组顶部的煤层中存在一层显著的火山灰,通过进一步详细采样分析,发现有机碳同位素组成和炭屑丰度在该火山灰层前后发生了急剧的变化,表现为碳同位素组成出现4.08‰的负漂并伴随炭屑丰度骤减。这一研究结果也进一步证明火山活动驱使了野火事件强度的增加,后者在该时期对植被的干扰和影响到达顶峰,并在短时间内快速摧毁了原有的陆地植被系统,促进了西南地区植被系统在二叠纪-三叠纪之交从热带雨林到滨海草地的演替。 

  上述研究受到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基金项目等的共同资助。 

  论文相关信息 

  Cai, Y.F., Zhang, H. *, Cao C.Q., Zheng, Q.F., Jin, C.F., Shen, S.Z., 2021. Wildfires and deforestation during the Permian–Triassic transition in the southern Junggar Basin, Northwest China. Earth-Science Reviews 218 (7): 103670 DOI:10.1016/j.earscirev.2021.103670 

  Cai, Y.F., Zhang, H. *, Feng, Z., Shen, S.Z., 2021. Intensive wildfire associated with volcanism promoted the vegetation changeover in Southwest China during the Permian–Triassic transition. Frontiers in Earth Science. 9: 615841. https://doi.org/10.3389/feart.2021.615841 

 

大龙口剖面具不同解剖结构的炭屑化石扫描电镜图像

大龙口剖面有机碳同位素、Hg/TOC值、孢粉类型和丰度、炭屑丰度、反射率和不同种类炭屑在地层中的变化

冷清沟剖面具不同解剖结构的炭屑化石扫描电镜图像

冷清沟剖面的有机碳同位素、炭屑丰度和不同种类炭屑在地层中的变化


 
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