文章简介
约2.52亿年前发生的二叠纪–三叠纪之交生物大灭绝,是显生宙最严重的全球性生态灾难。这次事件摧毁了绝大多数海洋生物,同时对陆地生态系统造成毁灭性打击。目前,学界对海洋灭绝记录认识较为充分,但陆地生态系统在不同纬度如何响应这场灾难,依旧存在大量未解难题,尤其是北半球中纬度地区,一直缺少系统完整的地质证据。近期,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队程成、张华等在《中国科学:地球科学》中英文版2026年第7期发表评述文章,系统建立我国东北地区乐平世–早三叠世综合地层框架,为解读中纬度陆地生物危机提供关键素材。
二叠纪–三叠纪之交,我国东北地区处于北半球中纬度,受古亚洲洋俯冲闭合的构造背景控制,广泛发育陆相河湖沉积地层并伴有频繁的火山活动,是研究中纬度陆地PTME(二叠纪–三叠纪之交生物灭绝事件)、区域火山活动效应及海陆和纬度差异对比的理想区域。但该地区经历后期多期强烈构造改造,地层破碎、出露零散,地层划分对比十分困难,长期制约着相关科研工作的推进。
研究团队系统梳理了东北地区乐平统–下三叠统的岩石地层(图1)、生物地层(图2)、年代地层以及火山活动记录,整合105件锆石年代学数据,借助火山岩夹层年龄、碎屑锆石最大沉积年龄,约束林西组、老龙头组等主要地层单元的形成时代(图3),搭建起区域乐平世–早三叠世综合地层序列。
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图1东北地区乐平世–早三叠世岩石地层划分对比
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图2东北地区乐平世–早三叠世生物地层
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图3东北地区乐平统–下三叠统年代投图。实心为火山岩夹层年龄,空心为碎屑锆石MLA-MDA,其中林西组为55件碎屑锆石样品的加权平均值。 LX、 LLT、 XFZL、 YJG、 KST、 JFC、 SDG和KD分别指代林西组、老龙头组、幸福之路组、杨家沟组、开山屯组、寺洞沟组和柯岛群。红色虚线为二叠纪–三叠纪的界线年龄(据沈树忠等,2019)
多门类化石清晰记录了这场陆地生物危机。乐平世(晚二叠世)东北地区陆地生物繁盛,林西组产出大量安加拉植物群分子,双壳、叶肢介、介形虫、孢粉化石种类丰富(图4)。跨过二叠–三叠纪界线进入早三叠世,植物、双壳、孢粉、叶肢介等多个门类的化石丰度、分异度发生急剧下降,原有生物群落发生大规模演替。早三叠世地层中植物化石近乎消失,仅残存少量木化石;双壳、叶肢介大量属种消亡,只有少数类群得以延续;孢粉组合发生明显更替,二叠纪标志性孢粉大量消失,出现早三叠世特征孢粉类型。
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图4东北地区二叠纪–三叠纪之交的火山-气候-生物多样性耦合关系。西伯利亚大火成岩省和华南弧火山喷发的时限分别据Burgess和Bowring(2015)和Wu等(2024)。红色虚线为二叠纪–三叠纪的界线年龄(据沈树忠等,2019)
生物群崩溃的同时,古气候环境也发生剧烈转变。晚二叠世东北地区沉积大量灰黑色、灰绿色湖相泥岩,代表温暖湿润的湖泊环境;进入早三叠世,地层转变为以紫红色碎屑红层为主。黏土矿物、元素地球化学、孢粉组合等多方面证据共同表明,区域气候转向炎热干旱的强氧化环境。该环境变化和我国华北、华南陆相地层记录可以相互印证,反映东北地区响应了二叠纪–三叠纪之交全球性极端气候恶化事件。
古亚洲洋俯冲闭合,让乐平世–早三叠世的东北地区迎来岩浆活动高峰,那区域火山喷发是否就是造成生物灭绝的元凶?该研究给出新认识。统计显示,这一时期区域岩浆活动以深部侵入岩为主,地表火山喷发规模总体有限,不足以成为驱动全球二叠纪–三叠纪生物大灭绝的主控因素。
不过,区域火山活动、干热化环境恶化、生物多样性衰退三者在时间上存在耦合关系(图4)。局部火山喷发释放温室气体、气溶胶,会加剧局地环境压力,有可能放大陆地生物危机,成为扩大PTME纬度差异的潜在重要因素。也就是说,全球尺度的火山活动是大灭绝主要推手,而区域火山更多扮演“放大器”角色。
文章指出,当前东北地区还缺少二叠–三叠系界线高精度定年数据,还无法精准锁定陆地灭绝事件的精确层位和持续时间。未来需要开展高精度火山灰锆石U‑Pb定年、多门类生物地层、同位素地球化学研究,进一步厘清生物危机的层位与时限及其与古气候、火山活动之间的内在联系。
文章出版信息
中文版:程成, 张渝金, 蔡垚峰, 角升林, 张华. 2026. 东北地区乐平世–早三叠世综合地层框架与生物危机. 中国科学: 地球科学, 56(7): 2520–2539
英文版:Cheng C, Zhang Y, Cai Y, Jiao S, Zhang H. 2026. Integrative stratigraphy of the Lopingian–Early Triassic and the end-Permian biotic crisis in Northeast China. Science China Earth Sciences, 69(7): 2475–2494, https://doi.org/10.1007/s11430-025-1937-6
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(本文编辑:刘四旦)
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