广西蓬莱滩剖面二叠纪末生物灭绝地层黄铁矿及CAS多硫同位素研究

End-Permian witnessed the largest mass extinction of the Phanerozoic. Multiple sulfur isotope study of pyrite in the Meishan section shows a marked positive shift in mass-independent fractionation of sulfur isotopes (MIF-S) just before the mass extinction, which indicates that there may exist strong stratospheric eruption. But two key questions emerge to be resolved: 1) How many times of stratospheric eruption are there before the end-Permian mass extinction? 2) Does the MIF-S signal in sedimentary pyrite indicate the multiple sulfur isotope of the whole ocean has changed? The key to resolve these two questions is to apply detailed multiple sulfur isotope study on pyrite and carbonate associated sulfur (CAS) in the strata in which the MIF-S occur. The end-Permian Penglaitan section in Guangxi province has a thickness about 100 times than that of the Meishan section, in which thick carbonate layers also present, and this offers us an ideal section to resolve the above questions. This project is designed to apply detailed in-situ pyrite and CAS multiple sulfur isotope analysis with high sample density of the Penglaitan section, by which to constrain the number of times of stratospheric eruption before mass extinction and possible change in multiple sulfur isotope of the whole ocean and its relationship with the Siberia trap.

二叠纪末发生了显生宙以来最大规模的生物灭绝事件，基于煤山剖面黄铁矿多硫同位素研究发现生物灭绝之前地层中出现了硫同位素非质量分馏现象，表明当时很可能发生了可达平流层的火山喷发。但有两个关键科学问题仍待深入探索：1）灭绝之前到底有几幕可达平流层的火山喷发？2）已探测到的沉积黄铁矿非质量分馏是否意味着当时整个海洋的多硫同位素已经发生了变化？解决这两个问题的关键在于对非质量分馏层位的高密度取样及黄铁矿和碳酸盐晶格硫（CAS）的多硫同位素分析。广西蓬莱滩二叠纪末剖面沉积厚度约为煤山剖面的100倍，且有较厚的碳酸盐地层出露，是解决上述两个科学问题的理想剖面。本项目拟对广西蓬莱滩二叠纪末事件地层展开高密度的取样，通过详细的黄铁矿原位和CAS多硫同位素分析，精确限定二叠纪末生物灭绝之前到底发生了几幕可达平流层的火山喷发，同时对二叠纪末海洋多硫同位素的可能变化及其与西伯利亚大火成岩省的关系作一定限制。

二叠纪末生物灭绝是显生宙以来最大的一次生物灭绝。已有研究大多数集中于海洋生物的灭绝，而对陆地生物灭绝原因探讨较少。已有研究在煤山剖面发现了硫同位素的非质量分馏现象，表明当时可能存在高达平流层的火山喷发。这种喷发会将大量卤素带入平流层从而促进臭氧层破坏进而导致到达地面的紫外线通量增加。这可能是陆地生物灭绝的重要原因。然而，目前还不清楚当时到底经历了几次该类型的喷发。此外，这种大规模喷发释放的硫酸盐气溶胶对海水硫同位素是否有改造也不清楚。.本项目选取较为舒展的广西蓬莱滩剖面为研究对象，通过原位多硫同位素分析揭示了灭绝层位中出现了明显的非质量分馏现象，表明当时可能存在一次高达平流层的火山喷发，与煤山剖面的结论一致。此外，在灭绝层位附近我们还发现了Δ33S的明显的系统性变化。以地层累计厚度672 m为界，该界线之下Δ33S在0到0.2‰之间，而在该界线之上Δ33S在0.2到0.4‰之间。672 m之下地层的Δ33S组成基本落在歧化反应区，表明当时海水氧含量较高。而在672 m之上地层的Δ33S组成较高，这部分数据不需要歧化反应的参与，表明此时海水氧含量较低。而672 m位于灭绝层位中，表明海洋缺氧可能在海洋生物灭绝中起到了一定作用。另有研究表明蓬莱滩剖面碳酸盐晶格硫（CAS）可能受到了硫化物氧化的影响，因此很难代表古海水的硫同位素组成，因此本研究未分析其多硫同位素组成。