地质学家发现3.5亿年前的一系列灭绝现象背后的关键杀伤机制

来源：cnBeta 　2023-04-16 11:44:45

北美的一个主要油源揭示了对地球上最具破坏性的大规模灭绝之一的深入了解。巴肯页岩层在加拿大和北达科他州部分地区的地下横跨20万平方英里的区域，在过去70年里一直是北美多产的石油和天然气来源。最近的发现现在揭开了这些岩石为我们星球错综复杂的地质历史提供了独特的洞察力。

由马里兰大学、乔治-梅森大学和挪威石油和天然气公司Equinor的地质学家组成的研究小组，设计了一种新的方法来研究从该地层的岩石中收集到的古生物和生物地球化学信息。

利用这种技术，该团队准确地指出了近3.5亿年前泥盆纪晚期几次紧密间隔的生物危机的一个主要触发因素：大水体中氧气的耗竭和硫化氢的膨胀。最近发表在《自然》杂志上，该团队的发现证明了海平面、气候、海洋化学和生物破坏之间的联系。

(资料图片仅供参考)

研究人员观察和讨论从巴肯页岩地层采集的岩石样本。

该论文的资深作者、UMD地质学教授Alan Jay Kaufman说："我们第一次可以指出一个具体的杀伤机制，负责在泥盆纪晚期发生的一系列重大生物破坏，以前也有过其他可能由硫化氢膨胀引起的大规模灭绝，但从来没有人在地球历史上如此关键的时期对这种杀伤机制的影响进行过如此彻底的研究。"

据Kaufman说，泥盆纪晚期是一场"完美风暴"，各种因素对地球今天的状况起到了很大作用。维管束植物和树木在这一过程中尤为关键；随着它们在陆地上的扩张，植物稳定了土壤结构，帮助向海洋传播营养物质，并向大气中添加氧气和水蒸气，同时将二氧化碳从大气中抽出。能够进行光合作用和蒸腾作用的陆地植物的引入刺激了水文循环，这启动了地球的能力，让我们今天知道了更复杂的生命。

泥盆纪大约在巴肯河沉积物积累的同时结束，使富含有机物的页岩层能够"记录"那里的环境条件。由于地球上的大陆在那个时期被淹没，包括黑页岩在内的各种沉积物逐渐积累在内陆海中，这些内陆海形成了威利斯顿盆地这样的地质洼地，保存了巴肯岩层。

本科生实验室助理Tytrice Faison（22岁，地质学学士）在通过Carillon Communities生活学习项目与Kaufman一起学习课程后加入了他的实验室，她准备并分析了从该地层采集的100多个页岩和碳酸盐样品。在分析了这些样本后，Kaufman、Faison和巴肯研究小组的其他成员破译了代表三个关键生物危机的清晰的沉积物层，这些危机被称为安努拉塔、达斯伯格和汉根伯格事件，最后一个危机与地球历史上最大的大规模灭绝之一有关。

"我们可以看到以黑色页岩和其他地球化学沉积物为明显标志的缺氧事件，这可能与海平面的一系列快速上升有关，"Kaufman解释。"我们怀疑，由于此时南极周围的冰层融化，海平面可能在脉冲事件中上升了。"

更高的海平面将导致内部大陆边缘的淹没，或海洋和大陆地壳之间的过渡区域。在这些环境中，高水平的营养物质，如磷和氮，可能会引发藻类大量繁殖，在大型水体中形成低氧区。这些区域又会在大多数海洋动物生活的地方增加有毒的硫化氢。在这些条件下，海洋和海岸线周围的陆地上的动物将在这些晚泥盆纪事件中死亡。

该团队的研究并不排斥数亿年前的全球生物破坏。Kaufman表示，他们的研究结果不仅适用于泥盆纪时期的内陆浅海，也许也适用于今天受全球变暖影响的海洋。他把海洋的循环系统比作一条"传送带"，把营养物质、氧气和微生物从一个地方传送到另一个地方。

"寒冷的咸水在北大西洋地区发展，然后下沉，最终进入印度洋和太平洋，在全球各地循环流动。这种海洋喷流有助于在海洋中传播维持生命的氧气，"Kaufman解释说。"如果这个传送带由于全球变暖而变慢，部分海洋可能会被剥夺氧气。"他补充说，全球变暖造成的附带损害可能会促进动物迁出死亡区，或使地球走上多样性减少和灭绝率增加的道路。

Kaufman说："我们的研究帮助我们了解了关于地球在从我们今天不认识的世界到我们会发现更熟悉的世界的关键过渡时期的成长痛苦的几件事。它为一种杀伤机制提供了证据，这种机制可能是过去发生的许多大规模灭绝的普遍现象，但也解释了美国的一个主要石油和天然气来源。"

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