新研究重塑對泥盆紀大滅絕的認識
3.7 億多年前,泥盆紀發生了重大的生物演化,但卻以大滅絕事件告終。最新研究表明,這次大滅絕是火山活動和植物驅動的脫氧造成的。這項研究結合了多個科學學科,強調了地球歷史與解決當前環境問題的相關性。
一項新的研究表明,火山活動和海洋淨化過程的結合將地球生態系統推向了一個臨界點。在距今3.7 億多年前的泥盆紀,地球上出現了種類繁多、充滿海洋生物的第一批種子植物,它們以大森林的形式遍布岡瓦納大陸和勞亞大陸。
然而,在這一時代末期發生的大滅絕事件長期以來一直備受爭議。一些科學家認為,泥盆紀晚期的大滅絕是由大規模火山爆發造成的,導致全球變冷。另一些人則認為,陸地植物的擴張造成的大規模脫氧事件是罪魁禍首。
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加布里埃爾-菲利佩利。資料來源:IUPUI 理學院
最新研究結果
最近,IUPUI 的研究人員在《通信地球與環境》雜誌上發表了一項研究,認為這兩個因素都發揮了作用,並提請人們注意當今地球所面臨的環境臨界點。
菲利佩利和吉爾胡利說,這項研究的結論給了研究人員很多思考。在泥盆紀時期,陸地上新的生物成果對海洋生物產生了負面影響。吉爾胡利指出,在今天,化肥徑流流入海洋等活動,再加上化石燃料燃燒產生的熱量,正在降低海洋的含氧量。他說,在泥盆紀晚期,這種類似情況曾造成災難性後果。
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研究人員在東格陵蘭的特雷爾島參加實地考察,該島靠近晚泥盆世的岩石露頭。資料來源:南安普敦大學約翰-馬歇爾
歷史教訓與現代影響
“縱觀地球歷史,一系列生物創新和地質事件徹底重塑了海洋和陸地的生物多樣性和環境條件,」吉爾胡利說。 “在泥盆紀,陸地上的一種新生物策略對海洋生物產生了負面影響。從人類活動導致的現代全球和氣候變遷的角度來看,這是一個令人警醒的現象。我們可以從地球的歷史中學到很多東西,幫助我們思考避免未來臨界點的策略和行動”。
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威廉-吉爾胡利三世。資料來源:IUPUI 理學院
為這項研究做出貢獻的還有東京工業大學的尾崎和美(Kazumi Ozaki)、佐治亞理工學院的克里斯托弗-萊因哈德(Christopher Reinhard)、南安普敦大學的約翰-馬歇爾(John Marshall)和聖地亞哥州立大學的傑西卡-懷特塞德(Jessica Whiteside)。
這項研究由IUPUI理學院教師加布里埃爾-菲利佩利(Gabriel Filippelli)和威廉-吉爾胡利三世(William Gilhooly III)共同撰寫。第一作者是美國海軍學院海洋學助理教授馬修-史馬特(Matthew Smart),研究時也是菲利佩利實驗室的研究生。
研究結果和方法
這項研究首次將兩種相互競爭的泥盆紀晚期生物大滅絕理論統一為一個全面的因果方案。從根本上說,研究小組的結論是,大滅絕的發生需要同時發生兩個事件–大規模火山爆發和陸地植物將過量養分沖入海洋造成的脫氧。
菲利佩利說:「解決這個難題的關鍵在於確定並整合我們利用複雜的全球模型確定的地球化學訊號的時間和規模。這項建模工作揭示出,根據地球化學記錄,我們所看到的營養物質事件的規模可能會推動大規模的海洋滅絕事件,但事件的持續時間需要樹根演化和火山活動這兩個因素來維持對生物有毒的海洋條件。”
該小組由沉積學、古生物學、地球化學、生物地球化學和數學建模方面的專家組成,他們深入挖掘,對分散在各大洲的數百個樣本進行了地球化學分析。其中包括來自格陵蘭島東部伊默爾島的樣本,這裡有地球上最古老的岩石樣本。
“這個過程是一個高度跨學科的過程,」吉爾胡利說。 “這種專業知識的結合創造了一種嚴謹的方法來收集樣本,在時間上關聯序列,獲取化學數據,並使用地球化學模型來檢驗關於生物–植物–和化學–火山–觸發大滅絕的相對影響的工作假設。我們的分析表明,影響因素的混合程度遠高於非此即彼的情況”。
編譯來源:ScitechDaily