华南二叠纪-三叠纪之交不同沉积相带C-S-N同位素及生物地球化学循环研究

通过对华南不同沉积相区（礁滩相-浅水台地-深水盆地）剖面高分辨率的碳酸盐岩C、O同位素，有机碳C同位素，碳酸盐岩晶格硫酸盐（Carbonate Associated Sulphate，CAS）的S同位素以及沉积物中硫化物的硫同位素和有机质中的N同位素的分析，建立P-Tr之交C、S和N同位素在时间上的变化规律和在空间上随沉积水深的分布特征，探讨P/Tr之交海洋的化学结构（Chemo-structure）特征和功能微生物组成特征以及两者之间的相互关系；利用C-S循环模型和C、S、N同位素资料，研究古海水的化学成分、大灭绝前后生产力的变化，分析生物绝灭的原因。不同沉积相的C、S、N同位素空间变化特征研究及与地球化学模型的结合研究在P/T开展较少，对全面认识生物与环境的协同演化具有重要的指导意义。

通过对华南不同沉积相区（礁滩相-浅水台地-深水盆地主要剖面甘溪、天桥、上寺、朝天、凉风垭、建始、熨斗西、水峡村）剖面高分辨率的碳酸盐岩C、O同位素，有机碳C同位素，有机N同位素及部分剖面碳酸盐岩晶格硫酸盐（Carbonate Associated Sulphate，CAS）的S同位素以及沉积物中硫化物的硫同位素等指标的分析，初步建立了P-Tr之交C、S和N同位素在时间上的变化规律和在空间上随沉积水深的分布特征。其中通过对甘溪、天桥、峡口、慈利、煤山等剖面碳同位素的研究，不同剖面在生物地层框架下可进行碳同位素演化序列等时对比，不同相区碳同位素分馏常数不同，表明影响碳同位素分馏的因素在这转折期发生了变化，并且深水区和浅水区的影响因素存在明显差别，很有可能和微生物群落结构有关系，在较深水区C.meishanensis带中报道有绿硫细菌的出现，但是在浅水区并没有这方面的报道。同时也说明了深水区和浅水的海洋化学环境是不同的。 对不同沉积相带的建始剖面、甘溪剖面、朝天剖面、煤山剖面、太平剖面和作登剖面（水深大约分别是200m、200m、120-170m、50-100m、<20m、<20m）的δ15N研究发现，有机氮同位素在时间和空间上都存在明显的变化。华南大多数剖面在二叠系-三叠系界线附近有机氮同位素都存在明显的负偏，同一时期浅水碳酸盐台地与深水斜坡盆地剖面存在巨大的δ15NTN深度梯度（3.68‰），反应了海洋氧气最小带（OMZ）在生物绝灭前已扩张到深水区，海洋化学结构在该时期就已经发生了变化，这也很可能是生物大绝灭来临的前兆。在生物绝灭带，δ15NTN深度梯度迅速降低到0.33‰，反应了OMZ带进一步扩张至透光带，海洋大面积缺氧，导致大量的宏体生物的灭绝。生物大绝灭后δ15NTN深度梯度小幅回升到0.73‰，表明生物大绝灭摧毁了整个海洋生态系统，打破了原有的海洋碳氮循环，水体氧化还原界面极其不稳定。同时通过Fe-S-C及Mo、TOC等综合分析，提出Fe-S-C动态控制水体氧化还原条件海洋化学结构模型，海洋广泛缺氧甚而硫化曾被认为是导致生物绝灭的主要元凶，但越来越多的研究表明缺氧在浅水剖面并不明显，缺氧硫化可能在长兴阶就已经开始。不同相区记录着非均一的氧化还原条件也表明缺氧可能不是导致生物绝灭的主要因素，生物绝灭可能是火山作用、低硫酸盐等综合影响。