华南二叠纪-三叠纪之交海洋初级生产力时空演化及影响因素

The Permian-Triassic mass extinction (~252 Ma) was the largest biotic crisis of the Phanerozoic, resulting in an ~ 90% loss of species-level biodiversity among marine invertebrates. Primary producers, which were the base of the marine ecosystem, were known little because most works were focus to the fauna in the previous works. Geochemical proxies were always recruited to reconstruct the primary productivity for the poor preservation of the primary producer fossils in sediments. The difficult is the reliability of the geochemical proxies in various deposits. In this project, data of mineralogy, sedimentology, geochemistry, and paleontology were integrated to explore the reliability of selected major and trace elements productivity indicators (Total organic carbon, biological P, biological Ba, biological Cu and biological Zn) by considering the difference of sedimentary environments, water depth, lithology, and redox conditions across the Permian-Triassic transition in South China. This is helpful to explore the spatial and temporal changes and the influence factors of the primary productivity in South China area. These results from the proposal project will be a contribution to understanding of the biological chain across the Permian-Triassic transition.

二叠纪-三叠纪之交（约252百万年前）的生物危机是显生宙以来最严重的一次，超过九成的海洋生物发生了消亡。之前的研究大都聚焦于海洋动物的研究，对处于海洋生态系统基础地位的初级生产者缺乏研究。由于初级生产者不易保存在沉积岩中，常借助地球化学替代指标来指示其变化。但难点在于古海洋初级生产力替代指标的可靠性。本项目拟利用矿物学、沉积学、地球化学、古生物学等手段，综合考虑沉积古地理位置、沉积水深、岩性、氧化还原条件等因素，探究常用主、微量元素地球化学指标（总有机碳、生源磷、生源钡、生源铜、生源锌等）在华南地区二叠系与三叠系之交地层中运用的可靠性。揭示华南地区二叠纪-三叠纪之交古海洋初级生产力的时空演变及影响因素。为全面认识二叠纪-三叠纪之交的生物大灭绝提供不同生态链的证据。

古生代与中生代之交（二叠纪与三叠纪之交）发生了地球历史上规模最大的一次生物危机事件，其导致超过九成的海洋生物和超过七成的陆地生物消亡，但是其主要研究对象和生物多样性统计都是聚焦于海洋后生动物化石，对于处于生物链基础地位的初级生产者研究缺乏。本项目立足于华南研究基础较强且出露良好的沉积剖面，借助古生物和地球化学等多学科研究手段，运用“地球生物学”研究思路，探究华南地区不同沉积环境剖面的古海洋生产力的变化及主控因素。首先，通过对华南多个剖面进行疑源类化石分析，统计了华南地区二叠纪与三叠纪之交疑源类化石的丰度和分异度定量数据，运用疑源类定量数据作为古海洋生产力指标，指示海洋输出生产力在生物大灭绝前后出现降低的演化趋势。同时，早三叠世疑源类的种类主要以直径较小的球形疑源类为主，说明灭绝之后海洋生产者的种类发生了变化，这可能会影响海洋表层碳循环过程（比如初级生产力和输出生产力的比例）。其次，通过对不同沉积环境沉积物中沉积学、矿物学和地球化学指标对比分析，发现浅水碳酸盐岩不适合运用海洋生产力地球化学指标来进行古海洋生产力的反演，但是泥质岩和硅质岩更适合运用地球化学指标来作为古海洋环境替代指标。但是多学科的手段综合运用能有效降低古环境恢复的不确定性。再者，以扬子北缘甘溪剖面为突破口，综合沉积学、地球化学等手段探究了海洋表层输出生产力的变化是影响水体氧气浓度在大灭绝界线附近波动的主要驱动力。海洋表层生产力的变化是联系海洋和陆地系统的关键环节。最后，通过借助汞元素和同位素作为沉积物中火山活动替代指标，探究了沉积物中大灭绝界线附近的火山活动记录。并探究了火山活动是引起海洋表层海洋初级生产力繁盛的主控因素，但是海洋表层初级生产者的类型改变会影响海洋表层的碳循环，从而影响不同地区输出生产力的差异。