华南泥盆纪-石炭纪之交生物灭绝事件及其古环境背景研究

The Hangenberg mass extinction during the Devonian-Carboniferous transition represents one of the largest biocrisis of the Phanerozoic, characterized by major biotic and paleoenviromental changes in the marine ecosystem. The South China Block was located in the eastern Paleotethys Ocean near the paleoequator during the Devonian-Carboniferous transition, recording a variety of sedimentary facies with abundant and diverse fossils, which is critical to a better understanding of paleoenvironmental backgrounds and their causal-effect links with the Hangenberg mass extinction. This project will focus on integrated biotic, sedimentary and elements geochemical records from 10 DCB sections in South China representing different paleogeographical settings with the goal of 1) gaining insights regarding the origin, migration and demise of important organisms in South China marginal sea, 2) identifying patterns of temporal and spatial variation in marine anoxia of South China marginal sea during the Hangenberg event, 3) revealing the relationship between biotic events and environmental perturbation during the Devonian-Carboniferous transition, 4) providing a case study to test the ‘killer tree’ hypothesis of Algeo et al.(1995) and 5) exploring the coupled evolution of ocean, continent and atmosphere in deep time.

泥盆纪-石炭纪之交的Hangenberg生物灭绝事件是显生宙以来最大的生物灭绝事件之一，全球海洋生态系统发生了重要转变，生物类型与环境记录均表现出明显的变化特征。华南板块在泥盆纪-石炭纪转折期地处低纬度地区的古特提斯洋东部，沉积相分异明显、化石异常丰富，为Hangenberg生物灭绝事件及其环境控制因素的研究提供了关键的材料。本项目拟通过对华南板块不同古地理背景下10条主干剖面的古生物、沉积和元素地球化学记录进行综合研究，系统揭示华南边缘海地区代表性生物的发生、迁移和消亡过程，重建华南边缘海地区海洋缺氧条件的时空变化规律，识别泥盆纪-石炭纪之交生物和环境事件之间的耦合关系。作为一个实例，验证Algeo et al.(1995)提出的“杀手树假说”，并探讨地质历史时期的海-陆-气相互作用。

泥盆纪末的Hangenberg生物灭绝事件是显生宙以来最大的生物灭绝事件之一，导致全球海洋生态系统发生了重要转变，生物类型与环境记录均表现出明显的变化特征。本项目拟开展华南地区泥盆系-石炭系界线层古生物、沉积和元素地球化学记录综合研究，揭示华南边缘海地区代表性生物的发生、迁移和消亡过程，重建华南边缘海地区海洋缺氧条件的时空变化规律，并识别泥盆纪-石炭纪之交生物和环境事件之间的耦合关系。迄今为止，主要取得了以下五方面的研究成果：1）建立起华南地区泥盆系-石炭系界线层的高精度综合地层格架，并对中国泥盆纪-石炭纪之交的生物事件、环境事件的最新进展成果进行了系统总结，明确指出华南地区牙形类Protognathodus动物群受生境控制明显，在盆地相、斜坡相和台地边缘相地层中出现，而在浅水相地层中几乎未见报道。与此同时，华南地区Protognathodus动物群丰度极低，绝大多数剖面中Pr. meischneri-Pr. collinsoni-Pr. kockeli的演化序列无法识别出来，而Pr. kockeli的首次出现往往对应于岩性界面，无法作为泥盆系-石炭系界线的标准化石；2）首次揭示了华南地区泥盆纪-石炭纪之交笛管珊瑚的演化过程，发现华南地区是世界范围内多样性最高的地区之一。其中，F. multispinosa是华南晚泥盆世晚期的标志性分子，并躲过了泥盆纪末的Hangenberg灭绝事件，在早石炭亚纪扩散至欧洲等地；3）查明石炭纪早期全球海洋C-N循环异常及海洋缺氧事件，在杜内期中期和杜内期-维宪期之交分别识别出一次无机碳和有机碳同位素明显正偏事件，同时均对应于有机氮同位素的明显正向偏移，反映出这一时期的全球气候变冷事件可能导致了全球海洋循环增强、初级生产力的提高和陆架边缘地区海洋缺氧；4）探讨了泥盆纪晚期-石炭纪早期种子植物演化与全球气候变化关系，认为早石炭亚纪早期种子植物的辐射和扩张导致玄武质硅酸盐风化的增加，使得磷等陆源营养物质大规模输入到海洋中，从而促进全球海洋生产力的提升和有机碳埋藏量的增加，并最终导致晚古生代大冰期的开始；5）组织《Devonian palaeoecosystems and palaeoenvironments of South China》专辑一部。