早三叠世海洋化学条件时空演化及其对缓慢生命复苏的影响：多硫同位素与碳同位素联合制约

The Early Triassic represents the prolonged biotic recovery following the end-Permian mass extinction event. Harsh marine condition has been widely thought to contribute to delayed recovery. However, the temporal and spatial pattern of ocean chemistry during Early Triassic as well as its relationship with prolonged recovery have been controversial. To clarify these issues, we propose to systematically study Tianshengqiao section (Yunnan Province), Xiakou section (Hubei Province), Chaohu section (Anhui Province), and Jiarong section (Guizhou Province) in South China, representing a range of depositional water depths from shallow to deep. The detailed work in this project includes high precision measurements of carbonate C-isotope, organic C-isotope, multiple S-isotopes in pyrite as well as in carbonate-associated sulfate. We propose to investigate the changes of oceanic carbon and sulfur cycling and their underlying mechanisms, and finally reconstruct the temporal and spatial variations of ocean chemistry in Early Triassic. This study would improve our understanding of the oceanic environmental change and its interactions with life evolution in critical period.

早三叠世记录二叠纪末生命大灭绝之后缓慢的生命复苏过程。恶劣的海洋环境变化被广泛认为是造成迟缓生命复苏的原因。然而早三叠世海洋化学条件的时空变化特征及其与缓慢生命复苏的联系等方面都存在争议。针对存在的问题，本项目计划选择中国云南天生桥剖面、湖北峡口剖面、巢湖平顶山剖面、贵州甲戎剖面这四条由浅水到深水沉积相剖面开展系统的研究。拟开展的具体工作主要包括对沉积岩样品进行高精度的无机碳同位素、有机碳同位素、黄铁矿的多硫同位素以及碳酸盐晶格中微量硫酸盐的多硫同位素分析，探讨海洋碳、硫循环的变化规律及扰动机制，重建早三叠世海洋氧化还原条件的时空演化特征。我们的研究结果能够深化理解重大地质历史时期古海洋环境变化及其对生命演化的影响。

早三叠世记录二叠纪末生命大灭绝后缓慢的生命复苏历程。早三叠世生命复苏是显生宙历次生命大灭绝后耗时最久的一次。大量研究认为海洋化学环境变化是导致早三叠世缓慢生命复苏的重要环境制约因素，但是关于海洋化学条件时空演化特征存在众多争议。针对存在的问题，我们对华南下三叠统地层剖面样品进行高精度的无机碳同位素、有机碳同位素和多硫同位素分析，并结合模型定量制约这一时期海洋碳循环和硫循环的演化规律。研究结果重建了滇东地区下-中三叠统高精度的碳同位素地层演化曲线，揭示了碳循环扰动与遗迹化石反映的缓慢生命复苏之间具有地层一致性，阐明碳循环扰动的物理机制可能是导致早三叠世缓慢生命复苏的主要原因。与此同时，研究结果重建了峡口剖面早三叠世硫同位素地层演化曲线，揭示δ34Spy在早三叠世Griesbachian及Dienerian-Smithian期间呈现正偏移趋势，指示广泛分布的缺氧海洋环境下黄铁矿埋藏速率不断提高所产生。模型计算结果表明，早三叠世Griesbachian至Smithian早期，海水硫酸盐浓度逐渐降低。更为重要的是，多硫同位素模型结果同样指示这一时期海洋硫酸盐浓度不断降低。低浓度海水硫酸盐会通过促进产甲烷作用和抑制甲烷厌氧氧化作用提高甲烷释放量，最终导致缺氧海水扩张。早三叠世持续的海洋缺氧也得到铬同位素研究结果的支持。此外，本项目定量制约早三叠世Smithian时期碳循环和海洋氧化还原环境变化，提出Smithian期间碳同位素负偏移可能是由于海平面上升引发的深部缺氧海水扩张导致大量有机物被氧化所致。模型计算结果显示，Smithian期间深部缺氧海水扩张造成的有机物氧化消耗海水中~12-36%的氧化物。我们的研究表明，低浓度海水硫酸盐引发的缺氧海洋环境扩张可能是导致早三叠世缓慢生命复苏的关键环境制约因素。本项目的研究结果为早三叠世海洋碳循环和硫循环的变化机制以及海洋氧化还原条件的时空动态演化过程提供定量制约。