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王向东, 赵来时*等 GPMR国家重点实验室 Earth and Planetary Science Letters, Available online 6 June 2018. Mercury anomalies across the end Permian mass extinction in South China from shallow and deep water depositional environments

近日,我校地质过程与矿产资源国家重点实验室赵来时教授团队在国际著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》发表题为《晚二叠生物大绝灭期间的汞富集—来自华南浅海与深水相剖面的记录》(Mercury anomalies across the end Permian mass extinction in South China from shallow and deep water depositional environments)的学术论文。该研究团队运用汞含量以及汞同位素的地球化学手段证实了晚二叠生物大绝灭期间的西比利亚火山作用在华南的记录,澄清了西伯利亚火成岩省与生物大绝灭的关系,并论述了汞元素在不同沉积相的地球化学行为。

6亿年前多细胞生物出现以来,地球生物在晚二叠纪末期遭受了最严重的生物环境危机,与之具有时间上耦合关系的西伯利亚大火成岩省被广泛认为可能是此次生物与环境恶化的主要原因,但西比利亚火山与华南地区生物绝灭的过程之间的因果联系还是朴素迷离的,因为二者在空间上分离且缺少直接有效的地球化学指标来验证。大量研究表明,在自然界火山作用是大气汞的主要来源,大多数火山汞是以气态单质汞(Hg0)的形式释放,其有1-2 年的大气滞留时间且易于长距离搬运从而达到全球分布,最后进入海洋和陆地生态系统。由于在海洋沉积物中,总汞含量与总有机碳(Hg/TOC)的比值基本保持不变,当灾难性的火山排放大量的气态单质到大气中最后进入海洋环境,可能超过了海洋中有机质能吸收的总量,从而造成沉积物记录中Hg/TOC比值的正偏移。因此,这种Hg/TOC比值的正偏移现象近期被用作示踪地质历史时期大火成岩省火山活动的关键指标。如赵来时教授团队于2017年在华南宜昌王家湾金钉子剖面的奥陶-志留纪绝灭地层中发现了明显的Hg/TOC的正异常,并运用汞同位素证实了加强的汞异常沉积来源于火山大气汞沉降,暗示了火山作用与奥陶纪末期生物绝灭的相关性(成果发表在Scientific Reports)。

为了澄清西比利亚火山与华南二叠纪末期生物大绝灭的关系,赵来时教授团队选取了可以代表不同沉积环境的三个剖面,系统的测试了地层中的汞含量与汞同位素组成,结果发现三个剖面绝灭层位都记录了高的汞含量和Hg/TOC的正偏移。该研究团队排除了海水氧化还原、沉积速率等因素造成汞异常沉积的可能性;同时两个深水相剖面绝灭层位正的Δ199Hg同位素组成,说明了汞的异常沉积来源于火山汞的大气直接沉积,但近岸浅水相剖面具有负的Δ199Hg和负偏的δ202Hg同位素组成,显示了陆源汞的信号,其来源可能是火山汞进入陆地的部分以及起源于风化岩石的古代汞,这也被浅海相剖面具有更高的Hg/TOC所证实,该结果暗示了深水相剖面较浅水相剖面可以更好的记录火山喷发的时限,为如何运用汞元素示踪地质历史时期的火山作用提供了思路。

该研究成果受到国家自然科学基金委(416730114147300641572091)、地质过程与矿产资源国家重点实验室基金(GPMR 201804MSFGPMR)、中国地质大学(武汉)基础研究基金(CUGQYZX1728)等项目的联合资助。论文的第一作者为地质过程与矿产资源国家重点实验2015级博士生王向东,是我校与澳大利亚莫纳什大学联合培养博士生,通讯作者为赵来时教授。第一作者博士期间,受到学校“研究生国际交流基金”资助,于20166月至9月在英国圣安德鲁斯大学进行交流访问。

论文信息:

Title: Mercury anomalies across the end Permian mass extinction in South China from shallow and deep water depositional environments

Authors: Xiangdong Wang, Peter A. Cawood, He Zhao, laishi Zhao, Stephen E. Grasby, Zhong-Qiang Chen ,Paul B. Wignall, Zhengyi Lv, Chen Han

Source: Earth and Planetary Science Letters, Vol 496,Pages 159-167

Available online: 6 June 2018

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.05.044