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高精度定年首次揭示极短冰期导致奥陶纪末生物大灭绝
2019-12-26 | 编辑: | 【

  地球进入显生宙以来发生过5次全球性的大规模集群灭绝事件,其中奥陶纪末生物大灭绝是第一次,但其灭绝规模位居第二,这次大灭绝事件被国际同行普遍认为与晚奥陶世的冰川作用有关。但是,地球历史上的全球性冰川事件发生过若干次,进入显生宙之后也发生过多次,唯独奥陶纪末的这次冰川作用伴随有一次大灭绝事件。

  对于这次大灭绝的过程与机制,一直存在比较大的争议,其中一个重要原因就是,与大灭绝相关的地层层位虽然有比较精确的生物地层控制,但长期以来一直缺乏高精度年代学限定,从而制约了对奥陶纪末生物大灭绝时限和机制的解读。特别是上奥陶统赫南特阶顶界(即奥陶系——志留系的界线)和底界的年龄、奥陶纪末大灭绝的持续时间等重要科学问题都没有定论。 

  betway必威体育官网南京地质古生物研究所、广州地球化学研究所和澳大利亚国立大学的相关研究团队,经过近8年的努力,在我国华南考察了百余条奥陶系—志留系界线剖面,最终对云南万和新发现的一个连续完整的、出露良好的奥陶系志留系界线剖面进行了高精度的系统古生物学、岩石地层学、生物地层学研究,并对剖面中厚度不等的23层斑脱岩层进行了单颗粒锆石双稀释剂高精度热电离质谱(ID-TIMSU-Pb定年,最终获得了4个高精度年龄,分别是444.65 ± 0.22 Ma(Dicellograptus complexus 笔石带中部444.06 ± 0.20 Ma(Paraorthograptus pacificus 笔石带下部443.81 ± 0.24 Ma(Tangyagraptus typicus 笔石亚带上部442.99 ± 0.17 Ma(Metabolograptus extraordinarius 笔石带上部

  以这些年龄为基础,在详细沉积学研究的基础上,研究人员首次结合不同岩性的沉积速率差异,计算出赫南特阶顶界(即奥陶系-志留系界线)(442.67 ± 0.24 Ma)底界(443.14 ± 0.24 Ma)D. mirus 笔石亚带底界(443.41 ± 0.24 Ma)T. typicus 笔石亚带底界(444.17 ± 0.28 Ma)P. pacificus 笔石带底界(444.38 ± 0.31 Ma)D. complexus 笔石带底界(444.84 ± 0.31 Ma)年龄。 

  这些数据表明,赫南特阶的时间跨度为0.47 ± 0.34 Ma,明显短于以前的推测(1.4 ± 2.05 Ma,国际地层年代表ver. 2019/05)。赫南特盛冰期(Hirnantian glacial maximum)的持续时间为~0.2 Ma 

  国际同行研究认为,奥陶纪末的冰期造成的南极(奥陶纪末的南极,即今天的北非)冰盖规模达到1.5亿立方千米,大约是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍还多!万和剖面高精度定年研究说明,如此大规模的冰盖在极短的时间间隔内形成,造成全球海平面快速下降达到100-150 m甚至更多,使绝大部分海洋生物,特别是底栖生物来不及迁移并适应新的底域环境就遭到了“灭顶之灾”,也即奥陶纪末的大规模集群灭绝事件。 

  该项研究是第一次在单一奥陶系—志留系界线剖面上获得多个可靠的系列同位素年龄;限定奥陶纪末大灭绝发生在20万年间;界定了奥陶纪末大灭绝首幕发生的时间;将奥陶系最上部一个阶(赫南特阶)的时限确定在0.47 Ma;标定奥陶系—志留系界线的年龄为442.67 Ma年,这些都是由该项研究第一次做出的成果。 

  该研究成果近期发表于Solid Earth Sciences上,得到了betway必威体育官网先导专项B类项目(XDB26000000 and XDB18020102)、国家重点研发计划项目(2016YFC0600408)、betway必威体育官网青促会等项目的资助。   

  论文相关信息:Ling, M.-X.*, Zhan, R.-B.*, Wang, G.-X., Wang, Y., Amelin, Y., Tang, P., Liu, J.-B., Jin, J., Huang, B., Wu, R.-C., Xue, S., Fu, B., Bennett, V.C., Wei, X., Luan, X.-C., Chen, Q., Finnegan, S., Harper, D.A.T. and Rong, J.-Y., 2019. An extremely brief end Ordovician mass extinction linked to abrupt onset of glaciation. Solid Earth Sciences, 4(4), 190-198.(*通讯作者)    

高精度定年首次揭示极短冰期导致奥陶纪末生物大灭绝

云南万和剖面交通位置图与地质背景,其中E和F示意斑脱岩层的野外照片

云南万和奥陶系—志留系界线剖面若干关键层位分析和计算出的高精度年龄值

云南万和奥陶系—志留系界线剖面若干关键层位分析和计算出的高精度年龄值

本研究中的奥陶系最上部一个阶(赫南特阶)底界与奥陶系—志留系界线的年龄值及与国际年代地层表中所给出的两个年龄值的比较

本研究中的奥陶系最上部一个阶(赫南特阶)底界与奥陶系—志留系界线的年龄值及与国际年代地层表中所给出的两个年龄值的比较





 
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