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该综述聚焦早三叠世,整合新老 U-Pb 锆石年龄、生物地层和碳同位素数据,构建精确年代框架,明确各亚阶段边界年龄及碳循环波动节奏,为理解二叠纪 - 三叠纪大灭绝(PTBME)后生物与环境变化提供关键依据。
引言
二叠纪 - 三叠纪边界(PTB)大约在 2.519 - 2.520 亿年前,标志着显生宙最大的生物多样性危机,导致约 81% 的海洋物种灭绝。这一事件对海洋初级生产者影响深远,其分类多样性直到中三叠世才完全恢复。相比之下,陆地植物群落结构发生了深刻变化,但未出现大规模分类灭绝。
PTB 环境和生物危机之后,早三叠世的全球碳循环出现极端变化,与浮游生物类群(如菊石和牙形石)的灭绝和多样化周期,以及陆地植物的生态响应相吻合。这些动荡在 PTB 后持续了至少 500 万年,期间海洋底栖生物恢复缓慢。这种稳定碳循环和生物恢复的长期延迟,与其他大规模灭绝事件(如晚三叠世灭绝,恢复期约 80 万年)形成鲜明对比。
早三叠世,浮游生物(菊石和牙形石)灭绝和起源事件与碳循环的正向偏移密切相关,而陆地生态危机(以指示蕨类植物优势的孢子 “峰值” 为标志)则与碳同位素负向偏移一致。早三叠世海洋浮游生物最剧烈的灭绝事件发生在史密斯阶晚期,约在 PTB 后 260 万年,此时碳同位素振荡幅度达到最大。全球碳循环振荡已成为地质记录对比的关键工具。牙形石生物成因磷酸盐的氧同位素组成表明,采样较少的 δ18O 曲线倾向于追踪 δ13C 曲线,热最大值与负碳同位素偏移(CIE)相关,热最小值与正 CIE 相关 。
西伯利亚大火成岩省(S-LIP)的岩浆和热成因挥发物注入大气,普遍被认为引发了 PTB 的主要短期灭绝阶段和碳循环的初始负向偏移 N1。高精度 U-Pb 年代学支持 S-LIP 侵入活动开始与 PTB 灭绝间隔的时间吻合。然而,早三叠世不稳定的碳循环和气候(包括史密斯阶、斯帕斯阶和早安尼阶)的时间,与 S-LIP 活动早期停止的观点明显不符。虽然有观点认为早三叠世存在 S-LIP 的持续或额外火山脉冲,但汞异常的时间、幅度和空间变异性表明可能存在其他原因。此外,也有人提出碳循环的内在振荡以及天文强迫是早三叠世环境变化的影响因素,但这些观点在时间上与放射性同位素年龄约束存在差异。
南盘江盆地拥有早三叠世最全面的沉积记录之一。尽管存在沉积速率变化和不整合等干扰因素,但该盆地为校准碳酸盐碳同位素记录提供了良好前景。本研究通过贝叶斯年龄 - 深度模型,对早三叠世亚阶段和外台地罗楼组的 δ13C 同位素记录进行了修订和增强的 U-Pb 年龄校准。准确测定早三叠世亚阶段的年龄,对于理解 PTBME 后的生物和环境事件序列至关重要,本研究旨在整合高精度 U-Pb 年龄、生物地层分析和碳同位素记录,完善早三叠世的年代学。
早三叠世阶段和亚阶段边界当前定义的简要回顾
尽管早三叠世亚阶段边界(格里斯巴赫阶 - 迪内尔阶边界 GDB、迪内尔阶 - 史密斯阶边界 DSB、史密斯阶 - 斯帕斯阶边界 SSB 和斯帕斯阶 - 安尼阶边界 SAB)意义重大,且近几十年研究众多,但国际地层委员会三叠系地层小组委员会(STS)尚未正式定义这些边界。国际地层委员会目前正在研究阶段边界定义,如印度阶 - 奥伦尼克阶边界(IOB,相当于……)。
地质背景
本研究对早三叠世亚阶段、生物地层学和碳循环的研究,基于罗楼组。罗楼组是一个富含菊石和牙形石的混合硅质碎屑 - 碳酸盐沉积序列,沉积于华南南盘江盆地中心晚二叠世至早三叠世古高地的外台地环境。现今盆地西南部较小的 “孤立” 平台(具有罗楼组相)最初是……
样品和方法
为完善早三叠世亚阶段的年代学,研究采用了将火山灰层的 U-Pb 锆石年龄与生物地层学和碳同位素数据相结合的方法。全程使用高精度化学研磨同位素稀释热电离质谱(CA-ID-TIMS)数据获取锆石的 U-Pb 年龄,为沉积记录提供精确的时间标记。菊石和牙形石为生物地层学年龄控制提供依据。
结果
U-Pb 锆石定年与生物地层学和碳同位素数据的整合,使研究能够更精确地校准早三叠世亚阶段的边界。从沉积序列中夹层的火山灰层获得的 CA-ID-TIMS U-Pb 年龄,为早三叠世提供了可靠的年代框架。生物地层学标记,包括关键菊石和牙形石带,与碳同位素的显著变化相吻合,进一步支持了这一框架。
通过该研究确定,格里斯巴赫阶 - 迪内尔阶边界(GDB)年龄介于 251.669 + 0.057/-0.057Ma 和 251.657 + 0.057/-0.059Ma 之间;迪内尔阶 - 史密斯阶边界(DSB)年龄介于 251.005 + 0.084/-0.075Ma 和 250.772 + 0.067/-0.084Ma 之间;史密斯阶 - 斯帕斯阶边界(SSB)年龄介于 249.347 + 0.051/-0.053Ma 和 249.326 + 0.055/-0.056Ma 之间;斯帕斯阶 - 安尼阶边界(SAB)年龄介于 247.183 + 0.040/-0.044Ma 和 246.883 + 0.082/-0.073Ma 之间。此外,还确定并比较了 δ13Ccarb循环的持续时间及其偏移峰值(N1-P4)的年龄。
讨论
早三叠世是理解 PTBME 后生物恢复和环境变化的关键时期。尽管 GDB、DSB 和 SSB 很重要,但国际地层委员会(ICS)尚未正式定义这些关键节点。近期放射性同位素定年的研究为这些边界提供了新见解,给出了非正式定义,为未来正式定义奠定了基础。
结论 —— 早三叠世精确年龄模型
本研究的主要成果是构建了华南南盘江盆地早三叠世前所未有的高精度和高分辨率贝叶斯年龄 - 深度模型。该模型基于对火山灰层使用化学研磨、同位素稀释和热电离质谱(CA-ID-TIMS)的高精度 U-Pb 锆石年龄测定,提供了目前最准确的年龄测定结果。通过将来自六个…… 的复合岩石地层记录相联系,该模型能够…… (此处原文未提及模型的后续功能,按原文保留省略号)