顯生宙以來，地球已經(jīng)歷了五次生物大滅絕，并且每次生物滅絕都推動著生物界的快速演化。特別是當(dāng)今地球正面臨著溫室氣體濃度增加、全球氣候變暖、海洋酸化等一系列環(huán)境問題，并引發(fā)了生物多樣性的快速銳減，有科學(xué)家提出“第六次生物大滅絕”已經(jīng)來臨。通過地質(zhì)記錄中生物滅絕事件的成因過程的分析，可以為當(dāng)今地球環(huán)境演變和生物多樣性變化趨勢的預(yù)測提供重要的借鑒作用。
晚泥盆世弗拉期-法門期（F-F）之交是陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要變革時期，并且發(fā)生了顯生宙五大生物滅絕事件之一的F-F事件（或稱Kellwasser事件）。探索F-F事件的成因機(jī)制對于認(rèn)識地球生命發(fā)展歷程具有十分重要的科學(xué)意義。為此，國內(nèi)外學(xué)者提出了地外行星撞擊、火山活動、缺氧、海平面變化、海水富營養(yǎng)化、熱液金屬毒化等一系列假說。然而迄今為止，F(xiàn)-F事件的成因之謎仍爭論不休。最近大量證據(jù)表明，氣候變化對地球生物多樣性的影響扮演著十分重要的角色(e.g.Trotter et al., 2008; Sun et al., 2012)。因此，查明F-F之交氣候變化過程對于理解F-F生物滅絕事件的成因機(jī)制具有重要意義。
氣候變化的研究需要解決兩個難題：一，確定古氣候變化的替代指標(biāo)；二，建立目的層高精度地層時間坐標(biāo)。由于前人關(guān)于晚泥盆世F-F之交氣候變化的研究受這兩方面因素的制約，目前國內(nèi)外學(xué)者對該時期氣候變化的認(rèn)識一直存在爭議。磷酸根氧同位素作為恢復(fù)古氣候的重要替代指標(biāo)，因其較強(qiáng)的抗成巖作用能力，已在古生代氣候研究中得到了廣泛應(yīng)用(e.g.Joachimski and Buggisch, 2002; Trotter et al., 2008; Sun et al., 2012)。作為海相微體化石的牙形石（某種已滅絕的海生脊椎動物的骨骼器官，形態(tài)微小，形似魚牙和蠕蟲動物的顎器），因其廣泛的時空的分布（分布于寒武紀(jì)至三疊紀(jì)地層中），在構(gòu)建高精度地層時間坐標(biāo)方面已得到廣泛應(yīng)用。另一方面，牙形石因其特殊的磷酸鹽成分亦成為了古氣候研究的良好載體。Joachimski和Buggisch (2002)利用牙形石磷酸根氧同位素恢復(fù)了F-F之交古特提斯洋西部海域的海水古溫度，但是由于受地層凝縮和地域分布局限的制約，該時期全球古氣候變化過程至今仍無定論。
為揭示晚泥盆世F-F之交古氣候變化過程，黃程博士與中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）龔一鳴教授和德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Michael M. Joachimski教授開展了合作研究。研究基于華南地區(qū)地層沉積的優(yōu)勢和前期構(gòu)建的高分辨率牙形石生物地層時間框架的基礎(chǔ)(Huang and Gong, 2016)，利用牙形石磷酸根氧同位素建立了晚泥盆世F-F之交高分辨率表層海水古溫度曲線(Huang et al., 2018)。結(jié)果顯示晚泥盆世F-F之交發(fā)生了兩次大幅度的快速降溫。通過與生物多樣性變化的對比研究發(fā)現(xiàn)，降溫事件與F-F之交生物大滅絕同步。結(jié)合現(xiàn)代生物對氣候變化的響應(yīng)，該研究認(rèn)為晚泥盆世F-F之交的快速降溫是造成晚泥盆世生物滅絕的主要原因。該研究不僅填補(bǔ)了古特提斯洋東部海域的關(guān)鍵古氣候數(shù)據(jù)，而且對揭示全球晚泥盆世F-F之交古氣候變化過程和生物滅絕機(jī)制提供了新的認(rèn)識和證據(jù)。該研究成果發(fā)表于國際著名地學(xué)類自然指數(shù)期刊《Earth and Planetary Science Letters》。
晚泥盆世古地理及研究區(qū)位置圖（左），華南晚泥盆世F-F之交牙形石氧同位素、碳酸鹽碳同位素及海平面變化圖（右）
晚泥盆世F-F之交表層海水古溫度變化和生物多樣性變化對比圖（左），研究區(qū)牙形石掃描電鏡圖（右上）和光學(xué)顯微鏡圖（右下）
論文相關(guān)信息：Huang, C., Joachimski, M. M., Gong, Y. M., 2018. Did climate changes trigger the Late Devonian Kellwasser Crisis? Evidence from a high-resolution conodont δ18OPO4 record from South China. Earth and Planetary Science Letters, 495: 174–184. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.05.016
主要參考文獻(xiàn)
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Joachimski, M.M., Buggisch, W., 2002. Conodont apatite δ18O signatures indicate climatic cooling as a trigger of the Late Devonian mass extinction. Geology, 30:711–714.
Sun, Y. D., Joachimski, M.M., Wignall, P.B., Yan, C., Chen, Y., Jiang, H., Wang, L., Lai, X., 2012. Lethally hot temperatures during the Early Triassic greenhouse. Science, 338:366–370.
Trotter, J. A., Williams, I. S., Bames, C. R., Lécuyer, C., 2008. Did cooling oceans trigger Ordovician biodiversification? evidence from conodont thermometry. Science, 321:550–554.
