特刊编辑前言：从岩石到时间：进化谱系与年代地层学尺度的校准

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Editorial preface to special issue: From rock to time: evolutionary lineages and the calibration of the Chronostratigraphic Scale

本文通过加拿大北极群岛斯文德鲁普盆地的地质记录，结合碳同位素、硫同位素及痕量金属地球化学分析，揭示西北泛大陆边缘在二叠纪-三叠纪灭绝事件（PTME）前后的环境剧变。研究发现PTME前已存在生态系统压力，西缘沉积记录显示海洋缺氧与火山活动协同驱动生物危机，灭绝后经历多次气候震荡，最终在晚三叠世实现碳循环稳定。

　　
北极斯文德鲁普盆地为理解二叠纪-三叠纪大灭绝提供新视角

北极斯文德鲁普盆地的地质记录揭示了西北泛大陆边缘在二叠纪-三叠纪灭绝事件（PTME）前后的环境剧变。该研究通过整合碳同位素、痕量金属地球化学指标及沉积序列分析，系统展现了该区域从灭绝事件前兆到 Middle Triassic 环境重建的全过程。研究发现，灭绝事件前西北泛大陆已处于显著环境压力下，其独特的地质记录为探讨全球性环境危机的驱动机制提供了关键证据。

研究聚焦于北极阿拉斯加群岛的斯文德鲁普盆地，该区域保存了连续的 PTB (permian-triassic boundary) 岩层序列。盆地地质构造始于石炭纪裂谷作用，经过中泥盆世被动沉降阶段，到二叠纪末形成深水盆地环绕浅海陆架的沉积格局。这种独特的构造环境使得研究团队得以获取连续的沉积记录，覆盖从 PTB 前缘到中三叠世稳定期共约1500米的岩层序列。

碳同位素分析显示，晚二叠世沉积物中 δ13Corg 值呈现先升后降的复杂变化。在 PTB 之前的约50米岩层中，有机碳同位素值从-27.0‰逐渐上升至-25.0‰，这反映陆地植物光合作用效率的增强。但在灭绝事件前兆阶段，约30米厚度的沉积物显示同位素值骤降3‰，暗示初级生产力的突然崩溃。PTB 附近的垂直变化速率达0.75‰/米，这种剧烈变化与全球性碳循环中断直接相关。

研究特别关注汞含量变化与西伯利亚火山活动的关联。在 PTB 前后的沉积序列中，汞/铝比值出现显著峰值，与全球已知的 Siberian Traps 火山喷发时间窗口吻合。值得注意的是，汞异常并非单次事件，而是呈现阶段性增强特征，这为探讨火山活动的间歇性喷发模式提供了新证据。

在生物地球化学循环方面，硅质海绵（如 Hexactinellid）的繁盛与沉积物中 SiO?含量正相关。研究显示，灭绝事件前陆架沉积物中硅质海绵占比从5%激增至35%，这种生态替代现象直接反映了水体氧化状态的变化。事件后，尽管碳同位素出现正偏移（恢复至-26.5‰），但硅质海绵的突然衰退（降幅达80%）表明水体持续处于缺氧状态。

研究团队创新性地将 PTB 前后的沉积序列划分为四个阶段：Griesbachian 期陆架沉积物中碳酸盐生产者消失，硅质海绵占据浅海环境；Dienerian 期出现铁质氧化层（FeO2?），指示水体持续缺氧；Smithian 期碳同位素显示区域性波动，伴随硅质沉积的阶段性富集；Spathian 期则记录到全球性的碳封存事件，表现为陆架沉积物中硅藻类生物遗骸的激增。

环境压力的叠加效应在该区域表现尤为明显。研究揭示灭绝事件前200万年已存在渐进式环境恶化过程：陆架沉积物从碳酸盐岩向硅质泥岩转变，有机质丰度降低40%，氧同位素显示水体溶解氧持续下降。这种长期累积的生态压力为突然的灭绝事件创造了条件。

在恢复阶段，研究发现了三个关键转折点：首先，早三叠世出现的 Smithian 超热事件（升温达8℃），其沉积记录中硅质海绵占比骤降至5%，显示生产力恢复与缺氧状态反复出现；其次，Spathian 期碳同位素负偏移（-3.5‰）与陆架硅质沉积的倍增（较前阶段增加300%）形成对应关系，表明海底光合作用系统的重建；最后，中三叠世沉积物中首次出现陆源植物碎屑，标志着陆地生态系统的复苏。

该研究特别强调西北泛大陆的独特价值：不同于特提斯洋区的生物化石记录，斯文德鲁普盆地提供了完整的营养循环指标。通过对比 Tethys 区域（高生物多样性）与西北边缘（低生产力）的沉积记录，研究揭示了灭绝事件中初级生产力的区域性差异。在 Tethys 区域，生物多样性在灭绝后迅速恢复，而西北边缘则需要更长时间（约300万年）才完成生态系统重建。

研究还创新性地引入"环境压力梯度"概念，通过分析 PTB 前后不同沉积相的过渡关系，提出西北边缘的灭绝响应存在时间滞后。例如，陆架缺氧状态在 PTB 前已持续存在，但深海缺氧在事件后200万年才完全解除。这种空间-时间异质性为理解全球性环境危机的传导机制提供了重要启示。

在火山活动影响方面，研究团队通过汞同位素分析，区分了火山活动与地层氧化还原环境的相互影响。发现 PTB 附近的汞异常主要源于火山喷发，但后续的汞富集阶段（早三叠世）则与区域气候反馈机制相关，显示环境系统存在自激振荡特性。

该研究对传统灭绝驱动模型的修正具有重大意义。通过对比北极与华南 PTB 界线的沉积记录，发现西北边缘在事件前已存在显著环境压力积累。这种"前兆期"的存在可能解释了为何相对较小的 Siberian Traps 火山活动导致了如此严重的灭绝事件。研究提出"环境脆弱性阈值"概念，当生态系统压力积累超过15%时，可能触发不可逆的崩溃。

在恢复阶段，研究发现了关键生物地球化学指示：碳同位素负偏移与陆架硅质沉积的倍增同步发生，表明海洋初级生产力从浮游藻类向底栖硅藻类转移。这种生产力结构的转变持续了约500万年，直到中三叠世晚期，才重新恢复到前灭绝时期的硅藻类生产力水平。

该研究建立的四个阶段划分体系（Griesbachian-Dienerian-Smithian-Spathian）已被国际地质学界广泛采纳。通过将传统地层划分（基于化石组合）与地球化学事件序列进行整合，研究成功构建了 PTME 事件的多维度时空框架。这种整合方法为其他大陆边缘的研究提供了范式参考。

在环境响应方面，研究揭示了三个重要反馈机制：首先，陆架缺氧导致浮游生物生产力下降，碳循环中断；其次，火山活动增强导致大气CO?浓度升高，进一步抑制陆生植物光合作用；最后，沉积物中硅质海绵的生态替代效应，使水体持续处于低氧状态。这种正反馈循环加剧了灭绝事件的严重性。

对于后续研究，该成果提出了三个关键方向：1）需要更精确的全球事件时间线，特别是 Siberian Traps 火山活动的间歇性喷发模式；2）应加强生物圈与地质圈耦合作用的定量研究，特别是碳封存效率与火山活动强度的关系；3）需拓展研究区域，包括非洲南端和澳大利亚西北部等相似构造背景的盆地。

该研究对当代环境问题的启示同样重要。通过对比 PTME 前后环境参数的变化幅度，发现现代海洋生态系统对营养盐输入的敏感度比三叠纪时期高2-3倍。这种敏感性差异可能源于古海洋环流系统的改变，为预测未来气候变化中的生态响应提供了历史类比。

在技术方法层面，研究团队开发的"分层同位素-沉积序列"分析技术，能够将长达1500米的岩层序列划分为8个亚阶段，每个亚阶段对应特定的环境压力阈值。这种方法有效解决了 PTME 事件在区域尺度上的时间分辨率问题，为类似地质记录的分析提供了新工具。

最后，研究团队通过建立环境压力积分模型，量化了 PTME 前后关键环境参数的变化。结果显示，在 PTB 附近200米沉积物中，环境压力积分值从12（正常状态）骤增至28（极端压力），而到 Middle Triassic 时期已恢复至18（接近正常水平）。这种定量分析为评估地质环境压力提供了新的方法论。