距今2.52亿年前后的生物地球化学循环与海洋生态系统崩溃:对现代海洋的启示

在2.52亿年前的二叠纪-三叠纪之交,海洋系统出现了海水表面温度的快速升高、最严重的动物大灭绝和生物地球化学循环的变化,这对研究现代海洋生态系统具有很好的启示意义.随着当时阶段性的全球变暖,海洋系统碳、氮和硫的地球化学循环从动物大灭绝前的解耦关系转变到大灭绝期间的耦合关系.后者又从动物大灭绝第一幕的碳与氮的耦合关系转变到大灭绝第二幕的碳、氮和硫的耦合关系,显示了海洋环境和动物危机不断加剧的变化过程.也就是说,当海洋从第一幕的缺氧发展到第二幕的硫化时,生态系统就从生物危机发展到生态危机.元素循环耦合关系的出现说明了在当时的海洋系统中以几种主要的循环途径占主导,参与元素循环的途径多样性明显在降低.这一解剖案例显示了元素地球化学循环的变化可以很好地指示了地质时期全球变暖所引发的海洋生态系统的阶段性崩塌.实际上,地质环境中元素循环的这种耦合/解耦关系与环境条件有密切关系,而这种环境条件又影响生态系统(如缺氧导致生物大灭绝、硫化导致生态系结构转变).在现代海洋系统,全球变暖所引发的碳和氮的耦合关系已经在局部海区出现.如果这种耦合关系进一步发展到全球规模,就会出现碳、氮和硫的耦合关系,海洋生态系统将会出现严重危机.     

煤山二叠纪-三叠纪过渡期事件地层时序的微观地层记录

煤山剖面二叠纪-三叠纪过渡期24～29层微观地层特征,清晰地显示了这一关键地层段持续的缺氧及频发的风暴扰动、固结基底／硬底构造、火山喷发、陆地风化和丘状微生物岩发育等事件的整体时序关系,为综合探讨二叠纪末期生物灭绝的机制提供依据．晚二叠世长兴组24层以发育有机质微细纹层为主,间断性受到风暴形成的底流冲刷,暗示这一时期静滞、分层和缺氧的海洋主体环境．晚二叠世末期快速海侵事件发生于24d层顶部,以典型的硬底构造发育为特征．持续的陆源火山物质风化和向海洋搬运沉积,使得以伊利石为主的黏土矿物广泛存在并贯穿二叠纪生物灭绝事件的整个过程．但是,发育正粒序火山玻屑的25层“界线黏土”却是强烈的火山喷发物在海洋直接沉降的结果．表现在27—2层上部的固结基底构造,发育Glossifungites遗迹等强烈生物扰动和塑性基底特征,代表着与牙形刺Hindeodusparvus的开始出现相一致的快速海侵事件的发生．27-5层微弱的丘状微生物岩的首次发现,表明华南浅水碳酸盐台地发育的微生物岩应属于早三叠世最早期,同时也代表了二叠纪末生物灭绝事件的最终结束．     

中新生代两类极热事件的环境变化、生态效应与驱动机制

对地质历史时期发生的极热事件进行深入分析可为认识和应对现今全球气候变暖提供借鉴与依据.根据碳同位素偏移特征,可以将中新生代五次典型的极热事件划分为碳同位素负偏移类和碳同位素正偏移类两类.第一类极热事件以碳同位素总体负偏移为特征,以二叠纪-三叠纪界线事件(PTB,～252Ma)、早侏罗世Toarcian早期大洋缺氧事件(TOAE,～183Ma)、古新世-始新世界线极热事件(PETM,～56Ma)为代表.第二类极热事件以碳同位素总体正偏移为特征,以白垩纪Aptian早期大洋缺氧事件(OAE1a,～120Ma)、白垩纪Cenomanian末期大洋缺氧事件(OAE2,～94Ma)为代表.碳同位素负偏移定义的极热事件造成温度、沉积作用、生物多样性等发生明显的变化,陆地环境出现野火频发、极端干旱、酸雨、臭氧层被破坏、金属中毒(如汞)和陆地水系变化等,海洋环境出现碳酸盐台地消亡、大洋酸化、大洋缺氧等现象,全球陆地和海洋生物尤其是浅海生物发生不同程度的绝灭.碳同位素正偏移定义的极热事件造成海水快速增温和大洋广泛缺氧,有机质大规模埋藏,出现黑色页岩沉积,远洋生物受到明显的影响(如出现钙质超微危机),而浅海和陆地生物受到影响不大.文章提出,碳同位素负偏移类极热事件可能为大陆环境下大火成岩省喷发触发,导致轻碳大规模释放到大气-海洋系统使得全球快速增温,从而引起一系列环境和生态响应.而碳同位素正偏移类极热事件为深海环境下大火成岩省喷发触发,把热量和营养物质直接释放到深海系统,由于海水缓冲作用导致海洋系统增温明显,而浅海和陆地系统影响相对较小.研究结果丰富了对地质历史时期极热事件的研究,不仅对于理解极热事件、大火成岩省、海洋-陆地环境变化、生物绝灭等具有重要的意义,而且为判别极热事件的类型并推断其驱动机制提供了一个新手段.     

华南伊迪卡拉纪碳同位素时空变化及其对生物演化的影响

伊迪卡拉纪以地史上最突出的同位素负异常和重大的生物演化为重要特征. 迄今华南伊迪卡拉纪至少已报道了4个显著的同位素负向漂移. 以往多数研究认为这些同位素变化可做为这个时期全球地层对比的工具, 而近年的研究表明可能并非如此. 本文核查了华南各地伊迪卡拉系取得的碳同位素分析数据, 并分两个不同时期在古地理图上投点, 发现在同一时期不同沉积环境背景下碳同位素值(δ¹³C)空间分布变化很大, 但均显示出从浅水台地到深水盆地相区由正变负的明显趋势, 变化幅度高达11‰. 在纵向分布上, 重要新生物类群或生态类型的出现往往发生在碳同位素由负异常向正偏转折期, 在正偏期明显丰富多样. 如果碳同位素负偏移反映了海洋巨大溶解有机碳库的氧化过程, 则碳同位素正偏期的生物群快速发展和显著负异常可能代表了有氧和缺氧/富硫两种完全不同的环境条件. 我们认为黄铁矿或硫化物的大量析出对海洋富硫状态解除有重要贡献, 而后者可能是促进伊迪卡拉生物群演化的重要环境因素之一.     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组火山活动的环境响应

通过岩心、薄片观察、X射线衍射分析、干酪根鉴定和碳氧同位素测试等技术方法,明确了岩石学特征、有机质组分类型及赋存状态、碳氧同位素值特征,结合准噶尔盆地二叠纪地层特征及火山机构分布,对吉木萨尔凹陷芦草沟组沉积时期火山活动的环境响应进行研究。结果表明:吉木萨尔凹陷芦草沟组岩性为火山物质与碳酸盐岩的混合沉积,火山物质为凹陷周缘或远源火山活动输入。有机质组分以降解藻和沥青质体为主,来源于遭受降解作用的低等水生藻类。剖面碳酸盐岩碳同位素介于6. 8‰～9. 7‰,平均值为8. 3‰,具有向正高值漂移的特征,氧同位素介于-11. 9‰～-4. 3‰,平均值为-6. 2‰。通过对准噶尔盆地二叠纪地层特征及火山机构分布调查的结果表明,该时期盆地范围内火山活动规模大,范围广。凹陷内部火山活动较弱,受其周缘火山活动的影响强烈。火山活动期间,飘落湖盆中的火山物质释放出大量营养元素有利于藻类等有机生物生长,在安静还原的水体环境中,有机质呈藻纹层分布,碳同位素具有正高值特征。火山活动间歇期,湖平面下降,湖泊底部水体向氧化环境转变,有机质遭到降解,以局部顺层富集或分散状分布,碳同位素值降低。凹陷周缘及盆地范围内长期、频繁的火山活动促使藻类等低等生物繁盛是碳同位素具有正高值特征及规律变化的根本原因。     

中国南方晚二叠世-早三叠世礁区生物群落演替序列与古环境变化——以四川盆地东北部盘龙洞剖面为例

四川盆地东北部宣汉县盘龙洞剖面晚二叠世至早三叠世剖面发育著名长兴期海绵礁.川东北地区由于强烈白云石化作用的破坏,二叠-三叠系地层界线难以确定.本次研究从盘龙洞剖面的上二叠统长兴阶长兴组到下三叠统印度阶飞仙关组依次识别出6个古生物群落:苔藓虫-古始孔藻-钙质海绵礁群落、钙质绿藻-有孔虫-海百合群落、小腹足有孔虫群落、介形虫-小腹足-囊状微生物群落、介形虫-小腕足群落和非钙化蓝细菌群落通过群落演替和古环境分析,将该剖面的二叠系-三叠系界线定在发育囊状微生物群落的钙质微生物岩中部.盘龙洞剖面的晚二叠世到早三叠世群落演替序列与我国南方其他地区同期礁区剖面比较一致,表明华南各地区P-T重大转折时期具有一致的古环境变化.研究表明:(1)中国南方长兴期海绵礁一般在大灭绝发生之前消亡,它们的消亡可能与晚二叠世大海退有关;(2)钙质绿藻-有孔虫-海百合群落替代海绵礁群落并成为大灭绝前的最后一个群落,该群落的灭绝可能与同时发生的一次全球性海平面下降有关;(3)大灭绝之后,首先发育小腹足类、有孔虫为主的生物群落,然后发育以微生物为主的群落,以微生物为主的群落结束后,又一次发育以小腹足类、小腕足等为主的群落,这三种群落之间的替代可能指示大灭绝后环境由贫氧到缺氧,再到贫氧的变化过程;(4)早三叠世正常浅水台地生物丰度极低,以海百合、腹足类和双壳类为主.     

湖北崇阳地区二叠纪-三叠纪之交的介形虫化石及其对灭绝事件的响应

在湖北崇阳二叠系-三叠系界线附近地层中共获得400余个介形虫实体标本,归属4科10属30种.其中在二叠纪末生物大灭绝界线之下长兴组灰岩中发现6属20种,大灭绝界线之上微生物岩中发现7属11种.崇阳微生物岩中的介形虫化石与前人在广西和重庆地区微生物岩中发现的介形虫不但在属种类型上存在差别,而且可作为海水含氧量指标的滤食性分子所占的比例也明显不同,反映出华南地区二叠纪末生物大灭绝后古海洋环境的多样性.在纵向地层序列上,崇阳剖面介形虫化石的分布具有明显的阶段性.在大灭绝界线之下200cm处部分介形虫已开始消失,界线附近再次遭受灭绝,在灭绝界线之上微生物岩的顶部部分属种再度消失.崇阳剖面介形虫的这种分阶段、多幕式演化规律表明,在二叠纪-三叠纪之交这一全球重大地质转折期,作为大灭绝后仅存的几类多细胞生物的介形虫所遭受的损失是个逐渐变化的过程.碳同位素测试分析也显示,古海洋环境的变化早在大灭绝界线之下200cm处就已开始.碳同位素曲线的波动与介形虫属种类型的变化和消失相关,但与介形虫化石的丰度变化没有必然联系.     

扬子地台南缘早寒武世黑色岩系中形态硫特征及成因意义

对扬子地台南缘早寒武世黑色岩系中黄铁矿硫和有机硫进行了分析和测试. 结果显示, 其含量和同位素组成在横向和纵向均有明显的变化规律. 靠近陆源区的西部剖面, 样品黄铁矿含量高、有机质含硫少, 剖面从下向上, 前者表现为由高变低; 后者由低变高. 此剖面的硫同位素组成相对较轻, 并且从下向上黄铁矿硫和有机硫均显示不断变重的趋势. 远离陆源区的东部剖面中, 形态硫的富集规律与此相反, 即黄铁矿的数量减少、有机质富集了更多的硫, 尽管两者在剖面纵向上的变化与西部剖面的相似. 东部剖面的形态硫同位素组成明显富集重硫, 并且在剖面中由下向上逐渐变轻. 结合样品的铁含量、有机碳含量数据及岩石学特点, 推断控制黑色岩系中形态硫具如此变化规律的因素包括海平面变化、金属离子(主要是铁离子)供给、大地构造背景及海洋化学特点.     

青海南部二叠纪罗甸期火山岛沉积相模式及对■类动物群分布的制约

二叠纪罗甸期是青藏高原东特提斯构造域泛裂谷化活动的鼎盛期.由于火山物质的喷发及陆源物质的影响,造就青海南部治多-杂多地区复杂的海底火山-沉积地貌,出现4种沉积类型,呈北西西向展布的以台地相火山岩-灰岩型为中心,围绕其分布的是浅水斜坡相(沉)凝灰岩型,向两侧为岛间洼地相砂泥岩型,最外侧则是深水斜坡相(角)砾屑灰岩型.综合地质填图结果分析,基于研究区主要剖面研究,识别出7种沉积相类型,建立了火山岛沉积相模式.该模式揭示出由于强烈的中基性火山喷发,在昌都地块内部快速而间歇地构建一些呈链状展布的火山岛.在火山活动相对宁静期,火山岛缘发育小型碳酸盐礁、浅滩、台地,深水斜坡、洼地相沉积围绕着火山岛链分布.在火山岛的不同部位出现3种■类生物组合,火山岛之上或其边缘为台地相Misellina-Schwagerina组合,火山岛的侧翼斜坡相中见异地Pseudofusulina-Schwagerina组合,水体较深的火山岛之间产洼地相Parafusulina组合.研究表明,昌都地块内部在泥盆纪至二叠纪初期为较稳定的浅海相沉积建造,自罗甸期开始出现陆壳基底的(火山)岛海相间的古地理格局.在祥播期之后,构成统一的较稳定的浅水碳酸盐台地,显示裂陷盆地活动性明显减弱.孤峰晚期呈现分异,裂谷盆地的不稳定性又有所增加.晚二叠世整个昌都地块进入裂谷闭合回返阶段.     

晚泥盆世F-F之交菌藻微生物繁荣与集群绝灭的关系: 来自碳同位素和分子化石的启示

广西桂林杨堤斜坡相碳酸盐岩的无机、有机碳同位素, 分子化石和相关地球化学资料显示, 从上泥盆统弗拉阶上rhenana带至linguiformis带顶部, δ¹³C_carb和δ¹³C_kerogen正偏, 其值分别从+0.43 (‰ V-PDB) → +3.54 (‰ V-PDB)和从−29.38 (‰ V-PDB) → −24.14 (‰ V-PDB), B* (Ba* = Ba/ (Al2O3 X 15%))从0.015上升至0.144, TOC从0.02%上升至0.21%, V/Cr从0.3上升至2.0, Sr/Ba从3.20上升至49.50, 表明晚泥盆世弗拉阶-法门阶(F-F)之交生物量和生物产率以及有机碳的埋藏量是增加的, 水与沉积物界面附近由富氧到少氧, 沉积环境的含盐度增高. 上泥盆统弗拉阶顶部至法门阶下部, 分子化石丰度有所增加, 分子化石类型主要由正构烷烃、类异戊二烯烃、萜烷、甾烷构成, 其特征表明, 分子化石的母体生物主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类. 因此文中认为, F-F之交生物集群绝灭的多期性、选择性、全球性和地质学意义上的同时性是菌藻微生物繁荣、中-低纬度浅水海洋生态环境不断恶化、积累的结果, 是陆地生态系与海洋生态系遥相关的具体体现. 简化的因果链是: 晚泥盆世裸子植物、高大乔木、多重结构森林出现→化学和生物化学风化盛行→真正意义土壤广为发育→地表径流向滨-浅海输送的有机物和营养物质增多→陆表海由超寡营养到富营养化→浮游植物和浮游动物等低等菌藻微生物繁荣、频繁的赤潮、海洋水团缺氧→中、低纬度浅水海相生物集群绝灭. 陆表海富营养化、缺氧使得有机碳埋藏量增加导致大气CO₂浓度降低致使气候变冷和海平面下降可能也是中、低纬度浅水海相生物集群绝灭值得关注的因素.     

早期地球海洋水化学分带的理论预测

寒武纪早期及以前的地球海洋(520 Ma;以下简称为"早期地球海洋")具有广泛缺氧分层和有限氧化剂供应等特点,其化学特征可与现代海洋陆架区沉积物孔隙水类比.依据相似的地球化学原理和对于早期地球海洋化学形成机制的理解,本文提出早期地球海洋在陆架-斜坡浅水-中等水深区域在理想化条件下可能存在多个由不同氧化还原过程控制的动态化学分带,从近岸浅水到远洋深水依次发育:氧化带、NO3?-NO2?富集带、Mn2+-Fe2+富集带、硫化带、CH4富集带和深水Fe2+区.它们是大气自由氧对表层海水的氧化、化学跃变层之下反硝化作用、近岸区域锰铁氧化物还原作用、硫酸盐还原作用、产甲烷作用和深水热液Fe2+输入动态平衡后的结果.该化学分带模型细化了目前已有的古海洋水化学状态分类,对现有的古海洋"硫化楔"模型进行了扩展和补充,并较好解释了早期地球海洋不寻常的Mo-S-C同位素地球化学记录.该化学分带模型对未来早期地球海洋化学演化及元素生物地球化学循环研究具有指导意义.     

青海南部二叠纪罗甸期火山岛沉积相模式及对[竹][蜓]类动物群分布的制约

二叠纪罗甸期是青藏高原东特提斯构造域泛裂谷化活动的鼎盛期。由于火山物质的喷发及陆源物质的影响,造就青海南部治多-杂多地区复杂的海底火山-沉积地貌,出现4种沉积类型,呈北西西向展布的以台地相火山岩-灰岩型为中心,围绕其分布的是浅水斜坡相（沉）凝灰岩型,向两侧为岛间洼地相砂泥岩型,最外侧则是深水斜坡相（角）砾屑灰岩型。综合地质填图结果分析,基于研究区主要剖面研究,识别出7种沉积相类型,建立了火山岛沉积相模式。该模式揭示出由于强烈的中基性火山喷发,在昌都地块内部快速而间歇地构建一些呈链状展布的火山岛。在火山活动相对宁静期,火山岛缘发育小型碳酸盐礁、浅滩、台地,深水斜坡、洼地相沉积围绕着火山岛链分布。在火山岛的不同部位出现3种簇类生物组合,火山岛之上或其边缘为台地相Misellina-Schwagerina组合,火山岛的侧翼斜坡相中见异地Pseudofusulina-Schwagerina组合,水体较深的火山岛之间产洼地相Parafusulina组合。研究表明,昌都地块内部在泥盆纪至二叠纪初期为较稳定的浅海相沉积建造,自罗甸期开始出现陆壳基底的（火山）岛海相间的古地理格局。在祥播期之后,构成统一的较稳定的浅水碳酸盐台地,显示裂陷盆地活动性明显减弱。孤峰晚期呈现分异,裂谷盆地的不稳定性又有所增加。晚二叠世整个昌都地块进入裂谷闭合回返阶段。     

生物大灭绝研究三十年

历次生物大灭绝除具有若干共同特征外,各自更存在许多特点,重视和阐释产生各大灭绝的环境差异与不同板块、相区、剖面中不同门类、类群和属种应对大灭绝的适应差异,是深化理解大灭绝的重要内容.化石采集、系统分类和精时地层研究是探索生物大灭绝的根基和关键;从生物多样性的丧失和生态系的变革这两方面来揭示大灭绝后的生物世界;从地球系统学的视角来探索大灭绝发生的复杂机制,重视多种外因(包括古气候,如古温度)的剧变对生命演化的影响.气候变化既可导致生物大灭绝,也可能有利于生物大辐射,笼统地说"由全球变暖或变冷引发大灭绝"是不合适的.就古温度而言,聚焦研究大灾变前的温度,温度剧变的幅度、历程和频率等四方面尤为重要.与其他学科的交叉研究是探索同期环境背景和生物演变的综合途径.大灭绝带给物种的选择压力是通过其自身适应和应对策略体现的,所以,在探索生物与环境的协同演化的同时,也要探讨生物门类之间和物种本身对环境剧变的适应演化.     

古、中生代之交生物大灭绝与泛大陆聚合

二叠纪末至三叠纪最初期,全球发生显生宙最大的生物灭绝事件．近95％的种、82％的属、一半以上的科灭绝或消失,这是地史上唯一的一次macro或major（巨大的或主要的）大灭绝．这次事件不仅导致大规模生物灭绝,而且破坏了存在2亿年之久的海洋生态系结构,促使其由古生代型生态系结构转变为中生代型生态系结构,同时造成了陆地上出现煤缺失,海洋中出现礁缺失和硅缺失．古、中生代之交的危机是一个圈层耦合的长过程,二叠系．三叠系界线事件序列说明急剧恶化的全球变化和生物灭绝密切相关,且具两幕式特征．多圈层耦合的剧烈全球变化是泛大陆聚合的地球表层效应,包括：泛大陆聚合→高山深盆,风系和洋流的变化;深盆→二叠系．三叠系界线处出现显生宙最大的海退及浅海消失,其后继以迅速海侵;泛大陆→洋中脊减少及隔热垫效应→大陆火山作用发育;峨眉山玄武岩及西伯利亚暗色岩两阶段火山作用（259—251Ma）→温度升高和生物灭绝;大陆干旱化及纬度风系取代季风气候→植被消亡;风化加强及甲烷释放→δ^13C负偏;地幔柱→地壳上拱→海水进退;伊拉瓦拉磁性反转可能与PTB灭绝有关等．大火成岩省源于地幔柱,泛大陆形成源于地幔对流,冷地壳消减、拆沉、积聚于核幔交界“D”层,将因热补偿而启动地幔柱,并引起外核热对流的变动,后者又引起地磁极反转．这些核幔变动造成泛大陆聚合和两个大火成岩省先后在二叠纪形成,是导致古、中生代之交生物大灭绝的地内原因．     

异养细菌硫代谢及其在海洋硫循环中的作用

自然界中的硫循环与碳循环、氮循环紧密相关,它们通过各种生物地球化学过程耦合链接.海洋微生物由于其丰度高分布广、代谢途径多样、适应性强,因此在硫循环和碳、氮循环的耦合及相关生物地球化学循环中发挥至关重要的作用.当前,许多沿海地区饱受低氧/缺氧等生态灾害的困扰,其特征之一是有毒硫化氢的产生和积累.近年来,一系列研究表明:异养细菌的异化型硫氧化作用,对保护海洋生态系统免受硫化氢的毒害具有积极作用.硫氧化细菌在长期的进化过程中,形成了极其多样的系统发育和代谢特征,在不同海洋生境中承担了重要的生态功能.文章在总结硫氧化微生物类群和代谢多样性研究的基础上,阐述了硫元素和碳元素通过微生物代谢相互关联,并影响海洋生态系统的过程和机制.硫氧化细菌代谢途径的研究,可洞悉微生物的硫代谢过程,亦有助于解析环境条件变化对海洋硫循环的影响,为研究海洋硫循环和碳循环的耦合关系提供理论支撑.     

浅水湖泊内源磷负荷季节变化的生物驱动机制

由于磷是重要的生源要素,过量的磷促进浮游植物(包括有毒蓝藻)的生长而使水质恶化,水-泥界面的磷交换机制受到广泛关注.一般认为沉积物的磷释放模式在浅水湖泊和深水湖泊之间有很大的差异.在探讨沉积物中磷释放机制时,人们一直最关注的要素为铁和氧及其相关的环境因子(如扰动、分解),但是浅水湖泊中磷含量变化的大部分结果仍然无法解释.通过对欧洲温带浅水湖泊和亚热带气候的长江中下游浅水湖泊中有关沉积物磷释放模式的野外和实验研究结果的分析,认为在浅水湖泊内源磷负荷季节变动模式的驱动因子中,pH可能比溶氧更为重要,即浮游藻类的光合作用增强时导致水体pH值的上升,这又可改变沉积物表面的pH,从而促进沉积物中磷(特别是铁磷)的释放并基于藻类水华对沉积物中磷的泵吸作用,首次提出了浅水湖泊中内源磷负荷的季节波动与营养水平密切相关主要是由于藻类光合作用驱动的新的观点.此外,浅水湖泊中藻类水华对沉积物磷的选择性泵吸作用,一方面圆满地解释了为何在超富营养的武汉东湖通过非经典的生物操纵于20世纪80年代中期消除了东湖的蓝藻水华后水柱中总磷和活性磷含量均显著下降,另一方面也解释了为何在许多欧洲湖泊的群落季节演替过程中出现的春季浮游植物较少的清水期或通过经典的生物操纵降低浮游植物的现存量均可显著地降低湖水中的磷含量.相对于深水湖泊来说,浅水湖泊生态系统结构的改变引发的浮游植物的兴衰,能对水-泥界面磷的交换能产生更显著的影响.也就是说,生物的生命活动同样可以驱动沉积物中营养盐的释放,而且在浮游植物丰富的富营养化浅水湖泊中,这种静态释放作用更为明显.     

海洋微型生物碳泵理论的发展与展望

微生物是驱动海洋元素循环的主体,在调节全球气候变化中起着重要作用.近半个世纪海洋研究的一个谜团就是"为什么有着一个相当于大气CO2碳总量的惰性溶解有机碳(Recalcitrant Dissolved Organic Carbon, RDOC)库在海洋中长期存在?".生物泵(Biological Pump, BP)和微食物环(Microbial Loop, ML)研究加深了我们对生物在海洋碳循环中作用的理解,但直到微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)理论的提出,才真正阐释了海洋惰性溶解有机碳来源和存储的生物地球化学机制. MCP是由微型生物介导的溶解有机碳(非沉降)转化和迁移的海洋储碳新机制,提出了RDOC产生的3个重要途径:(1)微型生物特别是异氧细菌和古菌在有机质降解代谢过程中改造并分泌RDOC;(2)病毒颗粒裂解宿主导致细胞的死亡并释放RDOC;(3)原生动物等捕食者摄食微型生物并释放RDOC. MCP揭示了海洋RDOC的惰性机制,定义了两类RDOC组分(RDOCc和RDOCt),为调节气候和改善生态环境提供了可验证的理论.为纪念中国科学家在海洋碳循环领域的突出贡献,文章在回顾海洋微型生物与碳循环相关研究基础上,系统总结并讨论了MCP理论提出以来中国在此领域的国际引领地位和影响力,并展望了未来研究的方向.     

埃迪卡拉纪Shuram碳同位素负偏事件有机碳氧化假说的定量模型评估

埃迪卡拉纪(635~541Ma)记录了地质历史上最大的全球碳循环扰动事件(即"Shuram Excursion"事件,简称SE事件).在约25~50个百万年的时间里,全球海水无机碳同位素组成持续负偏,最大负偏至–12‰.这一碳同位素负偏被认为是当时古海洋中存在的超大型溶解有机碳库被完全氧化或空间差异性氧化的结果,同时也被认为是古海洋微型生物碳泵强烈储碳而形成超大型溶解有机碳库的关键证据.随着研究的深入,这一认识受到了挑战,新假说认为陆源沉积老碳的氧化或古海洋海底释放的富烃流体的氧化同样可以导致这一碳循环扰动事件.为解决这一争论,本文基于碳循环质量平衡原理对上述各种假说进行了数值模拟与评估,结果表明:(1)在给定的埃迪卡拉纪大气氧水平下(≤40%目前大气氧水平),全球规模的陆源有机碳氧化假说和溶解有机碳完全氧化假说受限于氧化剂,大气氧将分别在4Myr和6Myr内消耗殆尽,难以在长时间尺度上形成全球规模的–12‰碳同位素负偏信号;(2)全球范围内的富烃流体氧化假说由于对参加反应的流体烃类的需求量过大也面临挑战;(3)全球海洋溶解有机碳库的空间差异性氧化(部分氧化)假说所要求的DOC库部分氧化(50%)所需的氧化剂和DOC总量都具有可行性.     

华南晚泥盆世弗拉期-法门期之交葛万藻与腕足动物的耦合关系

对广西桂林杨堤晚泥盆世弗拉期-法门期之交剖面连续高密度取样磨片,在显微镜下分别统计腕足动物和葛万藻在薄片中所占面积百分比,以此作为其丰度变化的指标．研究发现,腕足动物与葛万藻之间存在此消彼长的关系．腕足动物的掘穴、觅食等活动对葛万藻的生长起破坏作用,当腕足动物繁盛时葛万藻的数量将会大幅下降,但两者之间并不仅仅是生存竞争关系．葛万藻繁盛时通过光合作用大量释放氧气将会缓解水体缺氧状况,在下Kellwasser贫氧事件中对腕足动物的生存环境起到了改善作用,使得腕足动物丰度上升．丰度增加的腕足动物反过来又压制了葛万藻的生长,造成葛万藻数量锐减．而在缺乏葛万藻改善水体含氧量的情况下,腕足动物在上Kellwasser层的缺氧事件中也受到重创．腕足动物和葛万藻分别作为后生动物和地微生物的代表,在晚泥盆世F-F大灭绝事件中表现出的这种复杂关系对研究地质历史转折期后生动物与地微生物之间的关系具有一定指示意义．     

花岗岩化学风化过程中的Sr同位素演化——矿物相对风化速率的影响

对江西南部黑云母花岗岩和花岗斑岩风化剖面中Sr同位素体系的研究结果显示,花岗岩化学风化过程中,Rb,Sr之间发生明显分异,风化早期释放出的Sr/Si,Sr/Ca比值大于母岩值,Sr的淋失速率大于Si,Ca,K,Rb等营养离子.主要含Sr(和Rb)矿物相对风化速率的动态变化,导致花岗岩风化壳及其释放出Sr的87Sr/86Sr比值随时间波动变化黑云母、斜长石和钾长石的先后风化,导致风化残余物的87Sr/86Sr比值历经下降-升高-下降的波动变化,最终趋于稳定.这进一步说明,当用锶同位素示踪流域和全球范围的生物地球化学过程时,必须慎重考虑Sr从溶解固相中的优先释放以及含Sr矿物相对风化速率的变化导致的87Sr/86Sr比值的波动.