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初步认识四川广元上寺二叠系-三叠系生物灭绝事件

时间:2022-11-12 08:25:07 来源:网友投稿

摘要:二叠-三叠纪生物绝灭事件在地史发展中有着重要作用,灭绝加速了物种的进化和更替。通过对四川广元上寺剖面的详细调查研究,发现了四川广元上寺二叠-三叠系界线上,古生代海生无脊推动物大规模的绝灭,大量的火山灰与灰岩呈一定的韵律排布,还检测到铱和微量元素的地球化学异常(Ir,达2±0.5ppb),这些证据表明在当时的环境中,产生了诸多变化的因素,可能是火山爆发,也可能是小行星的撞击,最后产生了生物的大灭绝现象。

关键词:四川广元;二叠系-三叠系;生物灭绝

通过2015年7- 8月为期一个月的秦岭周边的野外地质勘查,但作为研究生一年级的我对四川广元上寺的二叠-三叠系剖面产生了浓厚的兴趣,不仅仅因为构造特征的典型,更多的是因为已经灭绝的化石,这些带给我的震撼,远远大于多年学习的地质知识。在距离上江沟三百米的沟内,发现了大量的生物灭绝的痕迹,足足五米多厚的岩层里密密麻麻的排布着大大小小的化石。于是做了大量的测量记录,回到学校后,并通过查阅相关文献,得出以下结果。

地史上任何时期都有一些生物灭绝,某些地质历史时期,有许多门类近乎同时灭绝,使生物灭绝率突然升高,即集群灭绝。自显生宙以来(540 Ma左右),地球历史长河中最为典型的集群绝灭总计有五次,分别是奥陶纪-志留纪之交、晚泥盆世弗拉斯期-法门期之交;二叠纪-三叠纪之交;三叠纪-侏罗纪之交;白垩纪-古近纪之交。其中最重大的便是二叠-三叠系的生物大灭绝[1- 2],其次是白垩纪-古近纪之交。

引起生物大绝灭事件,大致分为地球成因事件和地外成因事件两种原因。地球成因事件主要包括火山爆发、板块运动、大规模海退、地磁场倒转、温度变化、缺氧事件等;地外成因事件则主要是小行星撞击、太阳耀斑、超新星爆发等外力因素。总体来说产生生物大灭绝对于生物除了外在因素外,其内在因素也是肯定存在的。

1上寺上江沟二叠系-三叠系剖面

四川广元上江沟剖面是我国著名的二叠系-三叠系界线剖面之一,甚至有许多地质学家曾推荐它为国际二叠系-三叠系界线候选层型剖面,这里上古生界和三叠系地层发育完整,是世界范围内典型的二叠系-三叠系研究剖面(图1)。剖面位于上寺村北 2 km,川陕公路西侧,剖面出露良好,沉积连续。通过测量记录发现相对应的岩石地层如下:

下三叠统飞仙关组灰色中薄层泥灰岩、泥质白云质灰岩为主,夹泥质白云岩、生物碎屑灰岩;

大隆组:灰色、深灰色燧石结核灰岩、白云质灰岩。底部为灰色、黄灰色页岩,炭质页岩;

吴家坪组: 灰色厚层块状灰岩,含少量燧石结核。

2小行星碰撞事件造成毁灭性破坏

徐道一等在1983年利用中子活化技术分析了上寺二叠系-三叠系附近粘土岩(层23- 27),在层27顶部发现了富铱层[3] 。在同澳大利亚、意大利、丹麦和西班牙的白垩系-第三系界线附近岩石中REE含量,以及Ni与Ir的比率比较后,他们指出Ni/Ir呈线性分布,同丹麦白垩系-第三系粘土岩一样,表明可能有小行星的撞击等地外因素。近年来,关于二叠系三叠系的研究越来越多,随着生活环境的变化,人们也越来越重视环境因素对人类的影响。周瑶琪等人的诸多研究证据表明,在此段时间内发生过行星碰撞事件,导致了生物的大灭绝。

3多次火山爆发造成生物不适宜生存

在实地剖面测量中,发现在下三叠统飞仙关组岩层内,发现了大量的火山灰,并呈一定的韵律反复出现(如图3),也称为凝灰岩,粒径小于2mm的小火山碎屑物,在此段剖面进行实地勘测时,更多的是对大自然的神奇所感叹,在漫长的历史长河中,慢慢的留下了当时的风云变化,如今,我们运用地质知识一点点的去把它解读出来。

在此段与火山灰互为韵律层的厚薄不一的灰岩组成,由下段的薄层灰岩渐变为上部的厚层、巨厚层灰岩,含砾屑灰岩,生物碎屑灰岩(图4)。由于多层火山灰的出现,由此可推断在当时的历史发展时期,这里的气候变幻多段,每隔一定的时间,就会发生一次火山喷发,随之发生沉积剥蚀,一定时间后,再次火山喷发,循环往复。

在此之前,我国许多地质学家对二叠系-三叠系剖面进行过反复研究,认为火山喷发成因的主要如下:殷鸿福等[4]认为二叠纪末期时的火山作用异常活跃,影响面广泛,并指出中国华南有 17 处P- T“界线粘土”来源于火山灰;王尚彦等[7]通过对黔西地区陆相粘土岩矿物分析,指出粘土中的物质主要为火山爆发产物所至。

4多种成因共同导致生物大灭绝

四川广元上寺剖面是我国著名的二叠系-三叠系界线剖面之一,其发生的生物大灭绝事件更是引发了国内外大量的地质学家、古生物家进行研究,专门论述二叠系-三叠系界线以及划分方案,对于此阶段内发生的生物演替,更是有细致的研究报告

作为初级的地质知识入门者,与现阶段的现代生物(图6)相比较,更多的是与现代生物所比较,通过更多的化石去对比分析 ,当时的历史事件内,发生了怎样的故事,在长达5m厚(图7)所对应的历史时代里到底发生了什么,值得每一个地质人去继续探索。在此发现的化石大部分为菊石类,属头足纲,现代头足动物都是海生的,此地发现的化石也在海相岩层内。由于个头较大,也可判断,在二叠纪末期也是其物种繁盛的时期。

如今二叠系-三叠系界限灾变事件的原因有多种。火山爆发与其他星体撞击是主要的支持论点还,有其他原因也可以导致生物的灭绝。由于相同的证据可能有不同的解释,如铱异常可以是撞击体气体之后的散落物,也可能是火山喷发产物,等等。结束语:如今,再次踏入那片土地,映入眼帘的还是密密麻麻大大小小的生物化石,不可否认的是,在该重大转折期发生了地球地质历史上规模最大的,影响最为深远的生物集群大灭绝事件。对于已经过去的地质历史时期,我们不能倒回,但是可以通过古今对比得出更多的有价值的结论。不管是火山爆发成因,还是小行星撞击所至,都已经消失在漫长的过去里,每一个今天,都是下一个历史,所以要珍惜现在的生活,更要乐观的面对一切挑战。

参考文献

[1] Raup, D.M. Size of the permo-triassic bottleneck and its evolutionary implications [J]. Science, 1979, 206: 217-218

[2] Erwin D. The Permo-Triassic Extinction [J]. Nature, 1994, 367: 231-236

[3] 殷鴻福,黄思骥,张克信,等.华南二叠-三叠纪之交的火山活动及其对生物灭绝的影响[J].地质学报,1989,62(2):169-181

[4]殷鸿福、徐桂荣、丁梅华,1985,华南古、中生代之交海洋生物界的更替。国际交流地质学术论文集, 195-201页,地质出版社

[5] 王尚彦,殷鸿福.滇东黔西地区二叠-三叠系界线剖面粘土岩特征[J].中国地质,2002,29(2):155-160

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