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生物大滅絕后,湖泊生態恢復需要多少年

2020-04-30 科技日報 張曄
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剖面產出的各類代表性化石。A-C, 魚糞;D-E,魚糞切片;F和G,甲蟲;H,魚;I,介形蟲;J,鱟蟲。受訪者供圖

  假如地球上演生物大滅絕,湖泊和陸地生態系統需要多久才能恢復?

  假如這個問題讓人難以回答,不妨把目光回溯到2.52億年前。

  那時,二疊紀末期的地球發生了顯生宙最大的生物滅絕事件,引發了嚴重的海洋和陸地生態系統危機,約75%的陸地生物物種消失。

  中國科學院南京地質古生物研究所科研團隊最新的研究發現,二疊紀末大滅絕之后,湖泊和森林生態系統可能需要1000萬年才能明顯恢復,相關成果近日在線發表于《地質學》。

  鄂爾多斯盆地下埋藏遠古湖泊

  中國科學院南京地質古生物研究所現代陸地生態系統起源與早期演化課題組的研究生趙向東和鄭大燃博士在王博研究員和張海春研究員的指導下,與長慶油田解古巍工程師等合作,對鄂爾多斯盆地的中三疊統湖相沉積地層進行了系統研究。

  他們在鄂爾多斯盆地南緣三條富含油頁巖和凝灰巖的剖面(霸王莊、馬莊和衣食村)進行了高精度的地層學、沉積學和古生物學研究,并對剖面中的火山灰、凝灰巖和凝灰質砂巖進行了鋯石鈾-鉛定年,最終將湖相油頁巖底部年齡卡定在242百萬年左右,歸于中三疊統銅川組。這套油頁巖是二疊紀末大滅絕之后已知最早的深湖相沉積,比之前的記錄向前推進了500萬年。

  研究團隊在銅川組油頁巖中發現了較豐富的植物、介形蟲、葉肢介、鱟蟲、昆蟲、魚和魚糞等化石。其中最大的螺旋狀魚糞化石長達77毫米,表明當時湖泊中已存在體型較大的捕食性魚類。通過對部分魚糞化石進行切片,研究團隊在其中發現了雙翅目昆蟲的大顎。

  化石研究表明,當時的湖泊中已經出現了復雜的多層營養級關系:其中的初級生產者為各種藻類;初級消費者主要是以藻類為食的介形蟲和昆蟲等動物;二級消費者包括各類水生肉食性昆蟲以及魚類等;頂級消費者為大型的捕食性魚類。

  這種生態類型與古生代湖泊中雙翅目幼蟲普遍缺失和水生甲蟲稀少的情況明顯不同,代表了一個典型的中生代湖泊生態系統。

  對三疊紀早中期湖泊生態復蘇模式還知之甚少

  在三疊紀早期,地球仍處于極端的氣候中,陸地和湖泊生態系統不得不緩慢恢復。

  王博研究員介紹,不同物種復蘇的時間不同,其中最快的是有孔蟲、菊石和牙形石,經歷1至2個百萬年就恢復至大滅絕前的水平,而海洋造礁生物和陸地森林大約需要長達1000萬年才能完成恢復,比孢粉學數據推斷出的植物群落的恢復時間要長得多。

  由于三疊紀早、中期深湖相沉積地層和化石記錄較為缺乏,科學家對于湖泊生態系統的復蘇模式和時間了解較少。

  從目前的地質勘探資料來看,在三疊紀最初的1000萬年內,世界各地的陸相地層中普遍缺失煤層,因此這段時期也被稱為“煤層缺失期”。

  “通常認為,中三疊世煤層的再次出現代表了大滅絕后森林生態系統的明顯恢復?!蓖醪┭芯繂T說。

  在鄂爾多斯盆地,已知最古老的三疊世煤層產出自二馬營組的最上部,其年齡略老于銅川組油頁巖的年齡。研究結果表明復雜湖泊生態系統的復蘇與“煤層缺失期”的結束時間相吻合,表明湖泊和森林生態系統可能通過生物、物理和化學等作用緊密聯系在一起。

  研究人員認為,早三疊世炎熱的氣候會限制湖泊中的溶解氧含量,從而阻礙了生態系統的復蘇。然而,在安尼期海洋中碳埋藏的大量增加可能會導致大氣二氧化碳含量下降和全球降溫,從而改善了湖泊的生態條件。此外,火山灰給湖泊帶入豐富的營養物質,可能顯著提高了鄂爾多斯盆地古湖泊的初級生產力。因此,全球溫度降低和火山灰養分輸入可能共同促進了鄂爾多斯盆地古湖泊生態系統的繁盛。

  同時,該研究層位也是長慶油田的重要產油層,同位素年代學和地層學的研究結果也為精時地層對比和油氣資源勘探提供了新的定年和化石證據。

打印 責任編輯:侯茜
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