环境

二叠纪末生物大灭绝为突发事件

距今约2.5亿年前的二叠纪末生物大灭绝，是地球生命历史中最具灾难性的生物灭绝事件，造成90%以上的海洋生物和约75%的陆地生物灭绝。过去二、三十年来关于这次大灭绝的研究，很多以浙江长兴煤山、四川广元上寺等经典地层剖面为研究对象，取得了一系列重要进展。但上述剖面都存在一个明显的缺陷，即地层异常凝缩。以煤山剖面为例，生物大灭绝事件从开始到结束的整个过程，仅保存在约36厘米的地层中，而且可能存在多个沉积间断。近期，研究者对广西来宾蓬莱滩"舒展型"二叠-三叠系剖面开展了系统研究，与煤山剖面相比较，该剖面相应地层的沉积速率要快100倍以上。通过对剖面中多层火山凝灰岩的高精度铀-铅同位素定年和精细的生物地层研究，研究者将二叠纪末生物大灭绝事件的发生时间，精确卡定在距今约251.939±0.031百万年，生物大灭绝发生的过程非常截然。二叠纪正常海洋生态系统的崩溃过程记录于一层约2.3米厚的火山碎屑沉积之中，按照平均沉积速率计算，这一火山事件沉积可能不到3000年，整个灭绝过程按照最保守的估计，也就在3万年左右。蓬莱滩剖面的研究还表明二叠纪末生物大灭绝后幸存分子极少，这次灾难以后不同沉积环境背景下的幸存程度也很不同。高分辨率地球化学数据显示，生物大灭绝发生之前，碳同位素存在多期幅度约为2-3‰的动荡起伏，且每次起伏都对应于约3-5°C的温度变化及火山凝灰岩沉积，表明该时期火山活动对于古环境存在持续影响。最大幅度的快速升温事件，海水温度升高约6-8°C，发生于最厚的一层火山凝灰岩沉积顶部。（GSA Bulletin 2018,https://doi.org/10.1130/B31909.1）

生物礁早期演化的新线索

微生物作为最古老的造礁生物，在奥陶纪的浅海逐渐被后生动物所代替。特别是在潮下带环境，珊瑚、层孔海绵和苔藓虫等在中奥陶世成为最具代表性的造礁生物。而作为这一关键性转折的早奥陶世，微生物岩仍然存在，各类造礁海绵也在此时繁荣发展，达到了自寒武纪早期古杯礁灭绝以后的一个高潮。马来半岛与泰国西部、缅甸东部和苏门答腊岛等地，在寒武-奥陶纪同属于滇缅马地体，海相地层广泛发育。近期，研究者对马来半岛北部玻璃市附近下奥陶统微生物岩的生物地层学和沉积学等方面进行了深入的研究。在加央（Kangar）以北9公里的采石场中发现了超过30米厚的叠层石礁，单个叠层石柱体高可达1米，叠层石柱体之间填充有"迷宫状"微生物岩。对该微生物岩进行了抛光面和薄片观察，发现其中含有原地保存的石海绵和瓶筐石（高钙化海绵）。同时，牙形石的生物地层学研究显示该微生物岩的时代为早奥陶世弗洛阶。此研究是"迷宫状"微生物岩和瓶筐石在马来半岛奥陶纪地层的首次报道。与华南相比，马来西亚奥陶纪的微生物岩更为发育，而海绵等底栖动物则相当较少，表明后生动物礁替代微生物礁的过程，可能存在地区和时间上的较大差异。该研究为生物礁的早期演化提供了重要线索。（Palaeoworld 2018，DOI:https://doi.org/10.1016/j.palwor.2018.08.005）

双壳类化石见证印度板块晚中生代的北漂过程

印度板块由南向北漂移这一认识早已得到广泛接受，但用化石证明这一主要过程的讨论寥寥无几。近期，研究者发现，我国藏南位于印度板块北缘，保存有侏罗纪末提塘期和早白垩世末阿尔布期高纬度分布（喜冷）双壳类化石，以及晚白垩世坎潘期-马斯特里赫特期低纬度分布（喜暖）的固着蛤化石。而位于印度板块南缘的印度南部，保存有晚白垩世塞诺曼期的喜冷双壳类和白垩纪末喜暖固着蛤。根据以上喜冷和喜暖软体动物双壳类的地质地理分布历史，揭示了包括我国藏南在内的印度板块由南向北漂移的主要过程：早白垩世末阿尔布期印度板块主体依然位于南纬30°以南，但晚白垩世初塞诺曼期进入南纬30°以北，坎潘期漂移至赤道附近甚至更北地带。白垩纪晚期马斯特里赫特期的印度板块已全部进入赤道和近赤道地区，马斯特里赫特期末（白垩纪末），印度板块与拉萨地块/欧亚板块已非常接近，甚至可能开始碰撞。（Journal of Asian Earth Sciences. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2018.07.014）

晚奥陶世的赤道"冷舌"

海洋表面温度是海水和大气相互作用的结果。通常情况下，热带太平洋的表层水温度存在着东冷西暖的特点。在赤道东太平洋存在一个冷水区，被称之为"赤道东太平洋冷舌"。在现代海洋中，赤道东太平洋冷舌对海洋-大气CO2循环、全球气候具有重要影响，厄尔尼诺和拉尼娜等气候事件都与之有关。近期，研究者通过多学科交叉，基于古生物学、沉积学以及地球化学等证据，指出赤道冷舌现象在奥陶纪时就已存在。前人研究表明，华南板块在早奥陶世处于南半球中纬度（即亚热带）地区，之后逐渐向北漂移，并在晚奥陶世到达赤道附近。然而，最新牙形类氧同位素研究表明，奥陶纪时海水表面古温度呈逐渐变凉的趋势，这与华南板块古地理位置变化呈现相反的趋势。隶属于华南板块的扬子台地，早奥陶世主要沉积了一套暖水型碳酸盐岩为主的地层，该时期鲕粒、钙质海绵生物礁极为常见；在劳伦、西伯利亚等板块分布的暖水性腕足动物群也在扬子区发育。相比之下，扬子台地晚奥陶世地层则发育凉水型碳酸盐岩，未见鲕粒、钙质绿藻、钙质海绵以及典型的暖水型无房贝类腕足动物；典型的较深水或凉水型腕足动物群在扬子区广泛发育。为能更好地揭示华南板块古气候变化，研究者对华南奥陶纪牙形刺磷灰石氧同位素进行了测试，结果显示，海水古温度从早奥陶世到晚奥陶世总体呈下降趋势。因此，古生物学、沉积学以及地球化学证据显示，奥陶纪华南扬子区海水古温度应该呈逐渐下降趋势，这与华南板块在奥陶纪时从南半球中纬度地区逐渐向北漂移至赤道附近明显不符。在奥陶纪，冈瓦纳大陆主要聚集在南极附近，并向北延伸穿越赤道至北半球。冈瓦纳大陆沿岸古地理格局和现代南极和南美的地理格局较为相似。奥陶纪古洋流重建显示，冈瓦纳大陆沿岸存在一个从南极到赤道的冷洋流。在晚奥陶世，华南板块的古地理位置位于赤道附近，与现代处于东太平洋冷水区的加拉帕戈斯群岛的地理位置相似。尽管扬子台地在晚奥陶世处于赤道附近，因其长期受冷洋流的影响，冷水洋流给华南板块带来了丰富的营养物质，促进了海洋生物群的分异和繁盛，从而发育了凉水型动物群，记录它们的就是一套凉水型碳酸盐岩。因此，赤道"冷舌"是华南奥陶纪生物大辐射的背景机制之一。（Geology 2018,46:759-762.）

印度板块的"脚踏板"角色

生物的地理分布与地球演化历史紧密相关。在现代生物地理学研究中，通过生物的演化历史可以推测地球的演化过程，并对已有地质假说进行验证，甚至提出新的地球演化假说。冈瓦纳古陆的解体以及后期各大陆之间的重组是如何影响生物的迁移和扩散，如何重塑当今物种全球的地理分布格局，是地质学家和生物学家长期关注的科学问题。从白垩纪末期至第三纪时期，冈瓦纳古陆解体后形成的印度板块和南极-澳大利亚-新几内亚板块对生物在冈瓦纳古陆和劳亚古陆间的交流起到了关键性作用，但是这两个板块的地理位置长期存在着争议。例如，传统的观点认为，分离后的印度板块在印度洋中充当着一个完全隔离的"方舟"角色（约8800万-5500万年前），它携带着冈瓦纳古陆的生物类群在第三纪早期到达亚洲。目前绝大多数的生物地理学研究是基于这个假说开展的。然而，对于冈瓦纳古陆解体后，印度板块和南极-澳大利亚-新几内亚板块漂移的确切路线，以及它们与其邻近的大陆间是否存在陆桥以供生物的交流扩散仍然存在争议。从生物角度研究上述问题十分困难，主要受制于三个主要因素：一是需要广泛的覆盖所有大陆的代表物种类群；二是需要通过广泛的国际合作交流；三是需要建立可靠的物种演化关系。两栖类作为重要的陆生脊椎动物代表类群，由于其独特的生理特性，以及较弱的迁移能力，长期以来是进行生物地理学研究的理想对象。通过长期的研究积累和广泛的国际合作，研究者收集了各大陆蛙超科主要代表类群物种，基于探针杂交富集的高通量测序方法，最终获得了376个核基因序列，以此构建了21个科的系统发育关系，重建了该类群在全球尺度的时空演化树。结果揭示，蛙超科起源于非洲，在7560万-7280万年前左右通过印度板块扩散到了亚洲，随后（约6240万-4720万年期）经历了一次从亚洲通过印度板块至马达加斯加的扩散事件，演化出了现今马达加斯主要的树栖型蛙类（曼蛙科）。因此，中生代晚期印度板块从冈瓦纳古陆分离后，在亚洲、非洲和马达加斯加之间充当着"脚踏板"的角色，促进了各大陆间生物的扩散与交流，推翻了传统观点认为的印度板块在向北漂移过程中只扮演着一个孤立的"方舟"角色的假说。此外，研究结果并未发现马达加斯加与南极-澳大利亚-新几内亚板块之间存在着生物交流，澳大利亚现生的蛙超科物种是在晚第三纪两次独立地从亚洲扩散进入澳洲的。本研究还揭示了蛙超科祖先物种到达亚洲后，分别有三次独立地从亚洲扩散至非洲的迁移事件，均发生在北非主要沙漠形成之前。（National Science Review 2018，0:1-5）