华南奥陶纪生物大辐射到大灭绝过程中的古海洋氧化还原条件变化

The Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE) and the Late Ordovician mass extinction (LOME) have being paid attention in Ordovician geological research although there are still various opinions in terms of their genetic mechanisms. The sudden changeover of the redox condition of paleo-ocean might be a key factor triggering the big biotic events. However, almost all studies on the redox oceanic condition during the Ordovician were focused on around the short period in which the bio-event occured. Reconstructing a long-term redox oceanic history to cover an interval between the two major biological events, namely GOBE and LOME, can not only reveal the change of geochemical characteristics of whole Late Ordovician ocean, but also explore the effect of environmental changes on marine organism. Pyrite framboids distributions and carbon, nitrogen, sulfur isotope analysis can be used to indicate the redox condition of paleo-ocean. The Puxihe and Xiaohebian sections will be detailed sampled in this study. And the size distribution of pyrite framboids, carbon and nitrogen as well as sulfur isotope analysis will be employed to reconstruct the redox condition, to clarify their variation and further discuss the possible links between the redox condition changes and biological events.

早—中奥陶世生物大辐射和奥陶纪末生物大灭绝事件是目前国际上广受关注的科学问题，其直接动因与机制仍无一致定论，但这些生物事件前后古海洋氧化还原环境的变化极可能是其关键因素。目前，奥陶纪古海洋氧化还原环境的研究多集中于生物事件发生的时期，对其他时间段的古海洋氧化还原环境的研究甚少，但事实上，为了完整揭示生物演化事件发生的整个过程，其事件发生前、后的环境变化研究也十分必要。且草莓状黄铁矿粒径分析与碳-氮-硫同位素地球化学分析相结合的手段，是指示古海洋氧化还原状态的有效研究方法。本项目选择中—上奥陶统完整地质记录的湖北宜昌普溪河、王家湾小河边剖面为研究对象，对其进行高分辨率的草莓状黄铁矿粒径统计及碳-氮-硫同位素地球化学分析，还原晚奥陶世桑比期—赫南特期的古海洋氧化还原环境连续变化过程，揭示古海洋氧化还原环境变化与生物事件发生的耦合或者非耦合关系。

晚奥陶世的氧化还原变化是古海洋和古生态的重要驱动因素，并可能最终导致了奥陶纪末期的生物灭绝。奥陶纪古海洋氧化还原环境的研究多集中于生物事件发生的时期，对其他时间段的古海洋氧化还原环境的研究甚少。为了充分评估整个晚奥陶世时期古海洋变化对生物进化趋势的影响，必须充分了解大奥陶纪生物多样性事件之后和奥陶纪末大灭绝之前的氧化还原变化。本研究利用黄铁矿分形和氧化还原敏感元素分析，重建了中国塔西北地区大湾沟剖面和宜昌普溪河剖面的Sandbian-Katian阶的古氧化还原条件。结果表明，中国塔西北和中扬子地区晚奥陶世期间的氧化还原条件可划分为三个阶段。此外，大量的火山微球粒、增强的化学风化作用、生物量的减少以及研究剖面中的正Eu异常共同表明，在Katian早期至中期的间歇性火山活动可能引发了缺氧事件，晚奥陶纪期间古海洋长期、逐渐加剧的缺氧可能促进了奥陶纪末期的生物灭绝。在研究过程中还对所使用的草莓状黄铁矿粒径分析方法的形成机理、在古海洋环境恢复中的指示意义及判别标准、实验与数据分析方法等进行总结阐述，利用统计学方法排除误差干扰，有助于理解草莓状黄铁矿的粒径大小与形态对氧化还原条件的指示意义。.除此之外，从四川龙门山地区的中晚泥盆世地层中采集了大量被附生的腕足动物宿主，我们从附生生物的丰度、多样性、宿主与附生生物之间的关系以及附生生物类群之间的相互作用等方面描述了腕足动物的结壳模式。结果显示，附生生物在宿主背壳与腹壳上丰度大小主要与腕足动物的生活方式有关。而附生生物在各分区的丰度和生长方向则与附生生物的生活类型直接相关，寄生类型生长过程中表现出明显的方向性，而伴生类型则无明显方向性。附生生物的丰度、多样性、宿主与表生生物之间的关系以及表生生物类群之间的相互作用在F/F边界附近没有显示出显著的变化。这可能表明，在研究区弗拉斯阶和法门阶界线附近并没有发生剧烈的环境变化，而是从弗拉斯阶就开始发生了长期的生态破坏。