华南晚泥盆世F-F大灭绝期地微生物与环境的关系

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:radicafrank
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晚泥盆世Frasnian期——Famennian 期之交(F-F)发生的生物灭绝事件是显生宙以来五次大灭绝之一。多达60%的Frasnian期生物消失,几乎彻底的改变了晚泥盆世生物圈的面貌。这次灭绝事件的影响主要集中在赤道低纬度浅海底栖生物类群中,高纬度、深水相及陆地生物圈所受到的影响较轻微。通常认为是陨星撞击、海水缺氧、海平面快速大幅升降、海洋富营养化、气候突变等一系列因素造成了此次灭绝的发生。 目前对F-F灭绝事件的研究已经比较深入,主要集中在珊瑚、腕足类、层孔虫、菊石类等传统后生动物门类,而对作为古海洋最主要生产力来源的菌藻类地微生物关注甚少。人们已经逐渐认识到微生物圈在地球生物圈中的重要作用,开始把目光投向古代海洋中的地微生物,但仍局限于叠层石、生物礁中,对各种常见沉积物中地微生物的状况所知甚少,仅有的一些研究又主要是通过间接手段例如生物标志化合物来获取地微生物的信息,容易受到后期成岩改造的影响。笔者在本文中以镜下发现的菌藻类微生物实体为主,辅助以化学地层方法,在建立数字年龄坐标的基础上从微观角度对 F-F 之交大灭绝做一些探讨。 首先运用Milankovitch旋同对F-F之交的牙形石带进行数字定年,建立起了精确的时间坐标。通过对距离较远、不同相区的两个剖面进行对比研究,识别出的纹层、层束、层束组和超层束组4 个级别沉积序列组成的地层旋回。研究发现:绝大多数层束组由3到6个层束组成,即一个层束组包括3到6个层束,比率为1:3或者1:6;Frasnian阶一个超层束组包含4个层束组,而Famennian阶的一个超层束组包含3个层束组。超层束组与层束组的比率,在界线下为1:4,界线上为1:3。与偏心率周期和斜度之比1:3.1,偏心率周期和岁差周期之比1:5.9,长偏心率与偏心率之比1:4非常一致。经过计算一个层束组的延续时间大致为100Ka,与偏心率的周期吻合,可以确定华南晚泥盆世沉积受Milankovitch 旋回控制,并由此计算出各牙形石带的起止时间。 本文对广西桂林杨堤剖面进行的环境地球化学测试显示该地区晚泥盆世Frasnian期末——Famennian 期初的无机、有机碳同位素(δ<13>C<,carb>,和δ<13>C<,kcrogen>)分别从+0.43(‰V-PDB)→+3.54(‰V-PDB)和 -29.38(‰V-PDB)→-24.14(‰V-PDB),表现为正偏移,可以与北美、欧洲等地进行对比。研究表明,华南晚泥盆世在 Frasnian 期末仍处于富氧状态,在下Kellwasser 层生活着较多底栖腕足类。而在 linguiformis 带顶部海水才开始逐渐从富氧变为贫氧直至缺氧。数据显示,linguijfomis 带顶部至F-F之交,(δ<13>C<,carb>、δ<13><,Ckcrogen>、TOC、Mn/Fe和U/Th均增大,同时野外观察发现linguiformis带灰岩颜色明显变深,到了顶部F-F界线处已经近灰黑色,出现细小的黄铁矿晶群,但是并没有出现类似欧洲、北美等地的有机质含量极高的黑色沥青质灰岩或者黑色页岩。海平面上升,水体氧含量下降,但是缺氧程度没有欧州和北美等地的高。笔者认为晚弗拉期海平面在保持上升趋势下呈现多次振荡是导致这一结果的原因。尽管如此,随着海平面总体上升,晚弗拉期的缺氧情况也进一步加剧,有机碳埋藏量也随之增加。笔者认为,晚Frasnian期δ<13>C的正偏主要是菌藻类地微生物繁盛形成的高生产力所致,且F-F之交的δ<13>C<,carb> 正偏远超下Kellwasser事件,是在生产力增加的基础上叠加了缺氧、海平面上升和有机埋藏量增加多种因素共同导致的。镜下发现的地微生物有葛万藻、肾形藻、附植藻和球状蓝细菌,以及微体浮游绿藻等,局部层位上还偶尔发现有红藻,主要分布在上、下 Kellwasser层,以葛万藻和肾形藻最为常见。在F-F 界线附近还发现了疑似为地微生物的微球粒和超微球粒。陆源输入的生源要素如Fe、Zn、P在 F-F之交大幅增加,导致了菌藻类地微生物繁盛,从而引起生产力上升和δ<13>C正偏移。 笔者认为在F-F之交菌藻类地微生物可能出现多次爆发性生长,其生长时释放毒素和消耗溶解氧的总量将会变得巨大,导致海水环境恶化,影响其他生物生存。镜下观察发现,凡是菌藻类繁盛的层位,其他生物必定减少甚至消失。而根据对杨堤剖面腕足类和蓝细菌中的葛万藻含量进行的统计发现,两者之间存在此消彼长的耦合关系。这种关系既可能是生存竞争所致,也有可能是环境变化带来的选择所致。我们认为稳定条件下海洋生态系统营养分布通常部是金字塔形,每一营养级的生物都有一定的数量和生存空间,各级生物之间保持着动态的平衡。当外来物质或能量(如食物、温度等)发生改变,产生对某一级生物有利的条件时,该级生物量就会增加,需求的生存空间也要增大,必然对其他能量级的生物产生影响。如果将生态系统看做一个有机体的话,此时的生态系统将启动自我调整适应机制。通常表现为简化生态系统组织结构,抛弃己不能适应新环境的物种,以保持系统的活力(即通常所说的灭绝和复苏)。这一过程会一直持续到一个新的稳定的生存环境产生。F-F 灭绝事件即可能是这一种类型。
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