关键词:
镉同位素
初级生产力
幕式灭绝
晚泥盆世
弗拉期-法门期(F-F)
摘要:
晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian,F-F)之交发生了地史五大灭绝事件之一的F-F事件,其主要特点是低纬度地区浅水海相生物受到沉重打击,而深水动物群和陆生动植物受影响较小。气候和环境突变、高生产力导致的有机碳埋藏和大洋缺氧模型通常被用于揭示F-F事件成因,但仅基于有机碳和碳酸盐碳同位素的同期偏正,缺乏佐证初级生产力变化的直接证据。现代海水中溶解态镉与磷含量具有良好的线性关系,而海水镉同位素组成与海洋初级生产力的变化紧密相关。海相碳酸盐可以很好地记录原始海水的镉同位素组成,从而成为重建古海洋表层初级生产力的重要载体。本文以最新建立的广西桂林杨堤剖面晚泥盆世F-F之交高分辨生物地层为基础,采取同层位采样的方式,以Cd同位素和微量元素为切入点,辅以碳同位素证据重建古海洋初级生产力和碳循环模式。在F-F灭绝事件前,盐度校正后的δ114CdCOR总体偏高(0.21~0.77‰),变化范围与北大西洋表层水δ114Cd(0.3~0.8‰)相近,指示当时海洋具有较高的初级生产力,微量营养元素Fe和Zn也含量较高;F-F之交δ114CdCOR出现三次负偏(-0.17~0.49‰)。初级生产力显著下降,表层海水与现代南大洋类似受微量营养元素Fe的限制,水体呈现贫氧-缺氧态。第一次δl14CdCOR下降至0.08‰,随后以牙形石为代表的浮游生物数量锐减;第二次δ114CdCOR下降至-0.10‰,之后以竹节石为代表的底栖动物和部分浮游动物灭绝,海洋生态系统迅速崩塌;第三次δ114CdCOR在F-F地层界线处下降-0.1 7‰,但不再伴随新的生物灭绝。F-F灭绝事件后,δ114CdCOR逐渐攀升(0.04~0.36‰),Fe、Zn含量增加,水体较氧化,反映灭绝事件后古生产力的恢复。F-F之交δ114CdCOR先于每一幕灭绝事件下降,首次揭示了海洋初级生产力的下降直接导致了海洋生态系统中食物链受到破坏,最终引发了 F-F之交的生物灭绝事件,而气候变冷和微量营养盐(Fe、Zn)限制和则可能是导致初级生产力下降的直接原因。