發(fā)布時(shí)間：2018-04-01 02:03

  本文選題：泥盆紀(jì)　切入點(diǎn)：F-F事件　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：晚泥盆世弗拉期-法門期(F-F)之交是地質(zhì)歷史上生物和環(huán)境演變的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折期,顯生宙五大滅絕事件之一的F-F事件(或稱Kellwasser事件)最引人矚目,該事件不僅造成了生物多樣性大幅度下跌,而且對生態(tài)系造成了重大創(chuàng)傷。華南上泥盆統(tǒng)良好的地層學(xué)研究(包括生物地層、化學(xué)地層、旋回地層等)積累為探索F-F事件生物滅絕過程、成因機(jī)制提供了重要的理論基礎(chǔ)。本文以構(gòu)建華南晚泥盆世F-F之交高分辨率牙形石生物地層為基礎(chǔ),以基于牙形石氧同位素的古溫度研究為切入點(diǎn),輔以碳同位素、微球粒以及微相等研究內(nèi)容綜合探討F-F之交生物與環(huán)境之間的相互作用。為此,本文選擇了以斜坡相的廣西桂林楊堤剖面和盆地相的廣西武宣南峒剖面進(jìn)行了綜合研究,在F-F之交生物滅絕過程及其環(huán)境背景方面取得了如下成果和認(rèn)識(shí)：在斜坡相的廣西桂林楊堤剖面中,本研究從香田組至五指山組下部進(jìn)行了厘米級(jí)的系統(tǒng)采樣,在53.3 m厚的地層中共采集了91個(gè)牙形石樣品,總重量為344.0kg,其中包括F-F界線層(約1.9 m厚)附近的樣品數(shù)量21個(gè),獲得18135枚臺(tái)形牙形石分子(P1分子),其中保存完整的有11828枚。通過系統(tǒng)的古生物學(xué)研究共鑒定出牙形石Palmatolepis, Polygnathus, Icriodus, Ancyrodella, Ancyrognathus及Pelekysgnathus 6屬43種、13亞種(不包含在種內(nèi))。依據(jù)豐富的牙形石資料,本文對沿用20年之久的5個(gè)牙形石帶界線進(jìn)行了系統(tǒng)修訂,并新識(shí)別出1個(gè)牙形石帶,自下而上牙形石序列依次為：上Pa. rhenana帶；Pa. linguiformis帶；下Pa. triangularis帶；中Pa. triangularis帶；上Pa. triangularis帶；下Pa. crepida帶。依據(jù)新的牙形石數(shù)據(jù),本文對楊堤剖面最初確定的牙形石生物帶的底界進(jìn)行了從幾十厘米至十幾米不等的移動(dòng)：上Pa. rhenana帶底界下移1430 cm至香田組底部;Pa. linguiformis帶底界下移580 cm至角礫灰?guī)r上覆地層(13層)底部；下Pa. triangularis帶底界(F-F界線)下移88 cm至香田組頂部；中Pa. triangularis帶底界下移110 cm至五指山組底部；上Pa. triangularis帶底界確定于49層底部(距五指山組底431 cm);下Pa. crepida帶底界確定于63層底部(距五指山組底2127 cm),由于目前的樣品中沒有發(fā)現(xiàn)Pa. termini,其頂界暫時(shí)無法確定。在盆地相的廣西武宣南峒剖面中,本研究從榴江組頂部至五指山組下部進(jìn)行了厘米級(jí)的系統(tǒng)采樣,在35.46 m厚的地層中共采集了75個(gè)牙形石樣品,總重量為290.4kg。在南峒剖面總計(jì)獲得3549枚臺(tái)形牙形石分子(P1分子),其中保存完整的有2205枚。通過系統(tǒng)的古生物學(xué)研究共鑒定出牙形石Palmatolepis, Polygnathus, Icriodus, Ancyrodella, Ancyrognathus及Pelekysgnathus 6屬32種、9亞種(不包含在種內(nèi))。根據(jù)新獲得的牙形石數(shù)據(jù),本文將原來的5個(gè)牙形石帶界線進(jìn)行了系統(tǒng)修訂,自下而上牙形石序列依次為：下Pa.rhenana帶；上Pa. rhenana帶;Pa. linguiformis帶；下Pa. triangularis帶；中Pa. triangularis帶。依據(jù)新的牙形石數(shù)據(jù),對原牙形石帶底界進(jìn)行了數(shù)米的移動(dòng)：下Pa. rhenana帶底界至少要下移4.9 m以上；上Pa. rhenana帶底界下移5.0m左右；Pa. linguiformis帶上移5.3 m左右；下Pa. triangularis帶底界(F-F界線)上移5.7 m左右；中Pa. triangularis帶底界上移1.0m左右。在楊堤剖面F-F界線層中,本文根據(jù)牙形石、介形類和竹節(jié)石等浮游生物豐度和分異度的變化,同時(shí)與國外相應(yīng)的上Kellwasser事件層進(jìn)行了厘米級(jí)的精細(xì)對比,精確識(shí)別出了上Kellwasser事件層,并提出了浮游生物兩幕式的滅絕模式：第一幕發(fā)生于上、下Pa. linguiformis亞帶之交,牙形石總量發(fā)生大量銳減,以牙形石Pa. linguiformis消失為標(biāo)志,先后消失的分子有：Pa. eureka, Pa. rhenana, Pa. nasuta, Pa. gigas gigas, Pa. g. paragigas, Pa. g. extensa, Ancyrodella ioides, Ad. nodosa等,與此同時(shí)Icriodids也表現(xiàn)出首次富集；第二幕正好發(fā)生于灰褐色泥灰?guī)r層(對應(yīng)于國外上Kellwasser頂部的黑色頁巖)之下,以大量弗拉期牙形石分子的消失為標(biāo)志,滅絕的分子包括Polygnathus webbi, Pol. decorosus, Pol. lodinensis, Pol. macilentus, Ad. curvata, Pa. rotunda等,同時(shí)伴隨介形類、竹節(jié)石大量的銳減。綜合前人對珊瑚、腕足類、介形類為代表的底棲生物的研究結(jié)果和本文中浮游生物的滅絕特征,本文認(rèn)為華南上Kellwasser事件層中生物(底棲和浮游)滅絕過程分為三幕：第一幕,大量的腕足類(無洞貝類為主)滅絕于上Kellwasser事件層底部,對應(yīng)于Sandberg等提出的事件6,代表了缺氧事件的開始；第二幕,大量的牙形石(Palmatolepids為主)滅絕于上、下Pa. linguiformis亞帶之交,并對應(yīng)Sandberg等總結(jié)的海平面進(jìn)一步變淺的事件8；第三幕,大量的底棲生物(四射珊瑚和介形類為主,少量的無洞貝類)和大量的浮游動(dòng)物(牙形石以Ancyrodellids、Polygnathids為主,浮游介形類Entomozoids,竹節(jié)石Homoctenids)滅絕于上Kellwasser頂部的黑色頁巖層底部,此幕既對應(yīng)于Schindler,總結(jié)的事件C,同時(shí)也對應(yīng)于Sandberg等提出的事件9,即代表了F-F生物大滅絕事件。根據(jù)前人對楊堤剖面的軌道旋回地層的研究結(jié)果,本文對整個(gè)上Kellwasser事件層和第三幕滅絕延續(xù)的時(shí)間進(jìn)行了初步估算,結(jié)果分別為～200 kyr和16-18kyr。新構(gòu)建的高分辨率牙形石生物地層不僅提供了高精度的時(shí)間框架,也改變了以往對生物-環(huán)境事件的解釋。桂林楊堤剖面和武宣南峒剖面的碳酸鹽巖無機(jī)碳同位素?cái)?shù)據(jù)表明,F-F之交存在兩次碳同位素正偏：(1)上Kellwasser事件層中碳同位素正偏移幅度分別為2.2‰(楊堤剖面)和3.1‰左右(南峒剖面)；(2)中Pa. triangularis帶底部碳同位素正偏幅度分別為2.4‰(楊堤剖面)和3.1‰左右(南峒剖面)。楊堤剖面碳同位素變化趨勢與前人基本一致,只是在新的生物地層框架下最大偏移值出現(xiàn)的時(shí)間更早。南峒剖面的正偏現(xiàn)象改變了長期以來堅(jiān)持負(fù)偏移的認(rèn)識(shí),同時(shí)也說明F-F之交的正偏移具有全球一致性。兩次碳同位素的正偏顯示了F-F之交存在缺氧和較高初級(jí)生產(chǎn)力的現(xiàn)象；而上Kellwasser事件層下部的碳同位素負(fù)偏以及同時(shí)期的升溫事件則代表了晚泥盆世的火山活動(dòng)。楊堤和南峒剖面之間的碳同位素深度梯度演化結(jié)果表明,華南F-F之交海水存在分層和混合現(xiàn)象,并與氣候存在明顯耦合關(guān)系：升溫對應(yīng)于海水分層,降溫對應(yīng)于海水的混合。上Kellwasser事件層中負(fù)的碳同位素深度梯度值表明,該時(shí)期的海水存在強(qiáng)烈混合現(xiàn)象。在楊堤剖面上通過酸解法獲得了大量保存完好直徑為150μm左右的磷質(zhì)微球粒,球狀、扁球狀或橢球狀,球體外表面光滑,并發(fā)育臍狀淺凹,球體為實(shí)心,內(nèi)部由淺色的磷灰石和深色的有機(jī)質(zhì)相間分布形成同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)。所有磷質(zhì)微球粒與牙形石共同保存,而磷質(zhì)微球粒的豐度明顯低于同層位的牙形石。顯微激光拉曼微區(qū)分析表明：磷質(zhì)微球粒的外殼和內(nèi)核的拉曼光譜特征分別與牙形石Palmatolepis sp的齒片和齒臺(tái)十分類似。此外,磷質(zhì)微球粒的富集與藻類生物繁盛在時(shí)間上基本一致,而滯后于海水營養(yǎng)鹽激增。基于磷質(zhì)微球粒與牙形石在豐度的相關(guān)性、成分的相似性以及與魚類耳石在形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征方面的相似性,本文認(rèn)為磷質(zhì)微球粒可能是某種魚類動(dòng)物的耳石,其形成可能與海水富營養(yǎng)化有關(guān)。在楊堤剖面,通過TC-EA高溫還原同位素質(zhì)譜法分析測試了106個(gè)牙形石氧同位素樣品。在高分辨率牙形石生物地層框架下,首次在華南建立了F-F之交的高分辨率古溫度曲線。其結(jié)果表明華南F-F之交溫度變化范圍為27℃～36℃,并在Pa. linguiformis帶內(nèi)出現(xiàn)了4次冷-熱交替變化。Pa. linguiformis帶頂部的兩次快速(～200 kyr)、大幅度(7～8℃)的溫度異常事件對應(yīng)于華南兩幕主要的生物滅絕：(1)Kellwasser事件層下部的大幅度(-7℃)、快速(～200 kyr)升溫事件對應(yīng)于第一幕生物滅絕；(2)Kellwasser事件層中的大幅度(～8℃)、快速(～200 kyr)降溫事件對應(yīng)于第三幕生物滅絕,即滅絕主幕。氣候變化不僅影響著生物的多樣性,而且與碳循環(huán)密切相關(guān)。從Pa. linguiformis帶至Pa. crepida帶,無機(jī)碳同位素與牙形石氧同位素出現(xiàn)了相同的變化趨勢,且偏移的時(shí)間略早于牙形石氧同位素,這說明F-F之交大氣CO2分壓(pCO2)的變化主導(dǎo)了氣候變化。綜合以上數(shù)據(jù)將F-F之交生物與環(huán)境之間的關(guān)系解釋為：火山活動(dòng)造成快速、大幅升溫,導(dǎo)致了缺氧和海平面上升,引發(fā)了第一幕以淺水生物為主的生物滅絕；而后造山事件不僅增加了陸源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入,同時(shí)也促使氣候由熱變冷；變冷的氣候和強(qiáng)烈的海水?dāng)_動(dòng)增強(qiáng)了底層與淺層海水的循環(huán),從而進(jìn)一步使淺水層中的營養(yǎng)物增加和含氧量降低,導(dǎo)致了海水富營養(yǎng)化,誘發(fā)了赤潮、菌藻類繁盛等海洋生態(tài)效應(yīng),進(jìn)而造成淺層和深層海水缺氧、缺光、毒化,最終導(dǎo)致了淺水和深水生物大滅絕。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q915;P534.44

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本文編號(hào)：1693450