最近，中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室陈中强教授团队在地球化学期刊《Chemical Geology》中，发表微生物岩研究的最新成果——二叠纪-三叠纪之交微生物岩剖面碳-硫同位素及主微量元素变化：来自浅水碳酸盐台地的证据（Carbon-Sulfur isotope and major and trace element variations across the Permian-Triassic boundary on a shallow platform setting (Xiejiacao, South China)）。论文第一作者为郑子杰博士研究生，通讯作者为陈中强教授。
研究背景
在地球生命的长河中，生物在2.52亿年前经历了最严重的一次大灭绝的浩劫，即为二叠纪-三叠纪之交大灭绝（PTME）。本次生态大危机导致超过90%的海洋物种和70%的陆地生命永久消失，同时生态系统结构发生重大改变，见证了古生代型生态系统崩溃，现代型海洋生态系统崛起。精确的U-Pb测年显示，PTME始于251.941±0.037 Ma，持续时间约为6万年。其罪魁祸首归咎于西伯利亚大火成岩省(STLIP)，它的强烈喷发引发广泛的海洋缺氧和海水温度的快速升高，这些环境灾难被认为是生物大灭绝的直接杀手。
各种环境异常事件伴随大灭绝事件发生，都可从不同的地化指标中得以示踪。例如，牙形石氧同位素反映海水温度升高、铀同位素负偏和铁组分指示海洋大面积缺氧、碳同位素负偏示踪海洋碳循环异常以及硫同位素负偏揭示硫循环异常等等。不过，PTME的δ13Ccarb和δ34SCAS记录大多来自较深水环境（如煤山、上寺、大峡口剖面等），这些指标的异常值完美地示踪了PTME第一幕的生物地球化学循环。然而，深水剖面的沉积速率慢，地层沉积厚度薄，难以获得更高分辨率C-S循环变化过程，特别是PTME第二幕的C-S同位素变化往往不得而知。相比之下，微生物岩剖面沉积速率快，沉积厚度大，完整地记录了PTME第二幕C-S循环过程。因此，我们选择了位于四川广安地区谢家槽剖面作为研究对象（图1），进行深入的生物地球化学研究，揭示二叠纪-三叠纪之交高分辨率的C-S循环过程以及对大灭绝事件的示踪。
关键科学问题
浅水碳酸盐台地碳-硫（C-S）循环异常和环境变化对二叠纪末大灭绝的示踪。
研究内容
作者对来自谢家槽微生物岩剖面的样品开展了一系列的工作，包括黄铁矿粒径统计、主微量元素测试，碳酸盐碳同位素(δ13Ccarb)、碳酸盐晶格硫同位素(δ34SCAS)、总有机碳(TOC)浓度分析测试等。利用C-S同位素指标，结合主微量元素、总有机碳(TOC)含量和黄铁矿粒径统计分析，研究了二叠纪末大灭绝后浅海碳酸盐台地环境中的氧化还原变化和极端扰动，讨论C-S同位素变化模式（图2）。
图2. 谢家槽剖面C-S同位素、Ce/Ce*、UEF指标的变化以及草莓状黄铁矿粒度分布
核心发现
1.研究剖面记录显著的δ13Ccarb负偏，具全球对比性（图3）。δ34SCAS也呈现负偏移，相对δ13Ccarb稍稍滞后，最小峰可校准到牙形石Isarcicella staeschei带，对应PTME的第二幕。
2.长时间尺度上，C-S同位素在晚古生代大部分时间解耦，直到P-Tr之交出现耦合，呈现同步负偏，指示当时海洋中硫酸盐浓度极低。短时间尺度上，特别是在微生物岩沉积阶段（Interval 2），C-S同位素呈现相反的变化趋势，推测可能由于在缺氧的海水中微生物硫酸盐还原作用非常活跃的结果（即硫酸盐还原微生物促进硫化物和碳酸盐的沉淀，如SO42 - + 2CH2O→H2S + 2HCO3 -)。
3.多种氧化还原指标（如草莓状黄铁矿粒径、Ce/Ce*、UEF等）均指示PTME第二幕伴随海洋缺氧现象，可能为持续的火山活动所致。
图3. 谢家槽剖面的碳-硫同位素与全球其他剖面的可对比性
原文
链接：
Zheng, Z.J., Chen, Z.Q., Grasby, S.E., Wang, X., Papineau, D., Li, Z.H., Wang, X.D., Zhang, L., Zhao, H., Huang, Y.G., Feng, X.Q., Su, L.W., Guo, Z., 2024. Carbon-Sulfur isotope and major and trace element variations across the Permian–Triassic boundary on a shallow platform setting (Xiejiacao, South China). Chemical Geology 657, 122115. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122115.
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作者：郑子杰
编辑：刘丹娜
审核：陈中强
