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二叠纪与三叠纪之交火山作用对地表系统的影响

14、古生物、古地理与古环境 > 专题7：关键地质历史时期地球环境的演变

二叠纪与三叠纪之交发生了地球史上最严重的物种灭绝事件，导致地球上九成以上的海洋生物和七成以上的陆地脊椎动物消亡。其后，还伴随早三叠世超长时间（约五个百万年）的海洋环境波动和生物延缓复苏。显生宙以来最大的陆地大火成岩省（西伯利亚大火成岩省）和此次生物灭绝事件时间相吻合，被认为是引起此次地表生态系统波动的原因。但是火山活动对地表系统的影响机制和时空分布还存在很大的问题。
近几年，汞元素含量和同位素被广泛用来指示沉积物中古火山记录。首先，地质历史时期，火山作用是地球表层系统外来汞的主要来源；其次，由于汞的特殊性质，通过大气环流可以短时间内在全球范围分布。同时，其在海洋中的居留时间很短（几百年），可以很快从海水中捕获并沉淀到沉积物中。再者，汞可以和有机质或者其他矿物稳定结合，保存在沉积物中，不易受成岩作用影响。相对于其他研究手段（比如碳同位素、锆石测年等），汞元素的这些特性决定了其可以用来指示大范围区域内沉积物中高分辨率（百年至千年级别）的火山活动记录。
本研究对全球范围内二叠纪与三叠纪之交的海相和陆相地层进行了汞元素和同位素分析，结果发现汞元素在多个研究剖面二叠纪与三叠纪灭绝界线附近出现了明显的升高。汞同位素也指示其高汞来源于火山活动加热有机质含量高的黑色泥岩所致。这指示了火山作用对二叠纪与三叠纪之交的生物灭绝在全球范围内产生了重要的影响。同时，通过对早三叠纪海洋沉积物汞元素分析发现，汞的富集在灭绝之后1.3百万年还存在，指示着火山作用对早三叠世生态系统波动的直接影响。