初步認(rèn)識(shí)四川廣元上寺二疊系-三疊系生物滅絕事件

趙晗

摘要：二疊-三疊紀(jì)生物絕滅事件在地史發(fā)展中有著重要作用，滅絕加速了物種的進(jìn)化和更替。通過(guò)對(duì)四川廣元上寺剖面的詳細(xì)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)了四川廣元上寺二疊-三疊系界線上，古生代海生無(wú)脊推動(dòng)物大規(guī)模的絕滅，大量的火山灰與灰?guī)r呈一定的韻律排布，還檢測(cè)到銥和微量元素的地球化學(xué)異常（Ir，達(dá)2±0.5ppb），這些證據(jù)表明在當(dāng)時(shí)的環(huán)境中，產(chǎn)生了諸多變化的因素，可能是火山爆發(fā)，也可能是小行星的撞擊，最后產(chǎn)生了生物的大滅絕現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：四川廣元；二疊系-三疊系；生物滅絕

通過(guò)2015年7- 8月為期一個(gè)月的秦嶺周邊的野外地質(zhì)勘查，但作為研究生一年級(jí)的我對(duì)四川廣元上寺的二疊-三疊系剖面產(chǎn)生了濃厚的興趣，不僅僅因?yàn)闃?gòu)造特征的典型，更多的是因?yàn)橐呀?jīng)滅絕的化石，這些帶給我的震撼，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多年學(xué)習(xí)的地質(zhì)知識(shí)。在距離上江溝三百米的溝內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了大量的生物滅絕的痕跡，足足五米多厚的巖層里密密麻麻的排布著大大小小的化石。于是做了大量的測(cè)量記錄，回到學(xué)校后，并通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得出以下結(jié)果。

地史上任何時(shí)期都有一些生物滅絕，某些地質(zhì)歷史時(shí)期，有許多門類近乎同時(shí)滅絕，使生物滅絕率突然升高，即集群滅絕。自顯生宙以來(lái)（540 Ma左右），地球歷史長(zhǎng)河中最為典型的集群絕滅總計(jì)有五次，分別是奧陶紀(jì)-志留紀(jì)之交、晚泥盆世弗拉斯期-法門期之交；二疊紀(jì)-三疊紀(jì)之交；三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)之交；白堊紀(jì)-古近紀(jì)之交。其中最重大的便是二疊-三疊系的生物大滅絕[1- 2]，其次是白堊紀(jì)-古近紀(jì)之交。

引起生物大絕滅事件，大致分為地球成因事件和地外成因事件兩種原因。地球成因事件主要包括火山爆發(fā)、板塊運(yùn)動(dòng)、大規(guī)模海退、地磁場(chǎng)倒轉(zhuǎn)、溫度變化、缺氧事件等；地外成因事件則主要是小行星撞擊、太陽(yáng)耀斑、超新星爆發(fā)等外力因素?？傮w來(lái)說(shuō)產(chǎn)生生物大滅絕對(duì)于生物除了外在因素外，其內(nèi)在因素也是肯定存在的。

1上寺上江溝二疊系-三疊系剖面

四川廣元上江溝剖面是我國(guó)著名的二疊系-三疊系界線剖面之一，甚至有許多地質(zhì)學(xué)家曾推薦它為國(guó)際二疊系-三疊系界線候選層型剖面，這里上古生界和三疊系地層發(fā)育完整，是世界范圍內(nèi)典型的二疊系-三疊系研究剖面（圖1）。剖面位于上寺村北 2 km，川陜公路西側(cè)，剖面出露良好，沉積連續(xù)。通過(guò)測(cè)量記錄發(fā)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的巖石地層如下：

下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組灰色中薄層泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾泥質(zhì)白云巖、生物碎屑灰?guī)r；

大隆組：灰色、深灰色燧石結(jié)核灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。底部為灰色、黃灰色頁(yè)巖，炭質(zhì)頁(yè)巖；

吳家坪組： 灰色厚層塊狀灰?guī)r，含少量燧石結(jié)核。

2小行星碰撞事件造成毀滅性破壞

徐道一等在1983年利用中子活化技術(shù)分析了上寺二疊系-三疊系附近粘土巖（層23- 27），在層27頂部發(fā)現(xiàn)了富銥層[3] 。在同澳大利亞、意大利、丹麥和西班牙的白堊系-第三系界線附近巖石中REE含量，以及Ni與Ir的比率比較后，他們指出Ni/Ir呈線性分布，同丹麥白堊系-第三系粘土巖一樣，表明可能有小行星的撞擊等地外因素。近年來(lái)，關(guān)于二疊系三疊系的研究越來(lái)越多，隨著生活環(huán)境的變化，人們也越來(lái)越重視環(huán)境因素對(duì)人類的影響。周瑤琪等人的諸多研究證據(jù)表明，在此段時(shí)間內(nèi)發(fā)生過(guò)行星碰撞事件，導(dǎo)致了生物的大滅絕。

3多次火山爆發(fā)造成生物不適宜生存

在實(shí)地剖面測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)在下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組巖層內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了大量的火山灰，并呈一定的韻律反復(fù)出現(xiàn)（如圖3），也稱為凝灰?guī)r，粒徑小于2mm的小火山碎屑物，在此段剖面進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)時(shí)，更多的是對(duì)大自然的神奇所感嘆，在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，慢慢的留下了當(dāng)時(shí)的風(fēng)云變化，如今，我們運(yùn)用地質(zhì)知識(shí)一點(diǎn)點(diǎn)的去把它解讀出來(lái)。

在此段與火山灰互為韻律層的厚薄不一的灰?guī)r組成，由下段的薄層灰?guī)r漸變?yōu)樯喜康暮駥?、巨厚層灰?guī)r，含礫屑灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r（圖4）。由于多層火山灰的出現(xiàn)，由此可推斷在當(dāng)時(shí)的歷史發(fā)展時(shí)期，這里的氣候變幻多段，每隔一定的時(shí)間，就會(huì)發(fā)生一次火山噴發(fā)，隨之發(fā)生沉積剝蝕，一定時(shí)間后，再次火山噴發(fā)，循環(huán)往復(fù)。

在此之前，我國(guó)許多地質(zhì)學(xué)家對(duì)二疊系-三疊系剖面進(jìn)行過(guò)反復(fù)研究，認(rèn)為火山噴發(fā)成因的主要如下：殷鴻福等[4]認(rèn)為二疊紀(jì)末期時(shí)的火山作用異?；钴S，影響面廣泛，并指出中國(guó)華南有 17 處P- T“界線粘土”來(lái)源于火山灰；王尚彥等[7]通過(guò)對(duì)黔西地區(qū)陸相粘土巖礦物分析，指出粘土中的物質(zhì)主要為火山爆發(fā)產(chǎn)物所至。

4多種成因共同導(dǎo)致生物大滅絕

四川廣元上寺剖面是我國(guó)著名的二疊系-三疊系界線剖面之一，其發(fā)生的生物大滅絕事件更是引發(fā)了國(guó)內(nèi)外大量的地質(zhì)學(xué)家、古生物家進(jìn)行研究，專門論述二疊系-三疊系界線以及劃分方案，對(duì)于此階段內(nèi)發(fā)生的生物演替，更是有細(xì)致的研究報(bào)告。

作為初級(jí)的地質(zhì)知識(shí)入門者，與現(xiàn)階段的現(xiàn)代生物（圖6）相比較，更多的是與現(xiàn)代生物所比較，通過(guò)更多的化石去對(duì)比分析 ，當(dāng)時(shí)的歷史事件內(nèi)，發(fā)生了怎樣的故事，在長(zhǎng)達(dá)5m厚（圖7）所對(duì)應(yīng)的歷史時(shí)代里到底發(fā)生了什么，值得每一個(gè)地質(zhì)人去繼續(xù)探索。在此發(fā)現(xiàn)的化石大部分為菊石類，屬頭足綱，現(xiàn)代頭足動(dòng)物都是海生的，此地發(fā)現(xiàn)的化石也在海相巖層內(nèi)。由于個(gè)頭較大，也可判斷，在二疊紀(jì)末期也是其物種繁盛的時(shí)期。

如今二疊系-三疊系界限災(zāi)變事件的原因有多種?；鹕奖l(fā)與其他星體撞擊是主要的支持論點(diǎn)還，有其他原因也可以導(dǎo)致生物的滅絕。由于相同的證據(jù)可能有不同的解釋，如銥異常可以是撞擊體氣體之后的散落物，也可能是火山噴發(fā)產(chǎn)物，等等。結(jié)束語(yǔ)：如今，再次踏入那片土地，映入眼簾的還是密密麻麻大大小小的生物化石，不可否認(rèn)的是，在該重大轉(zhuǎn)折期發(fā)生了地球地質(zhì)歷史上規(guī)模最大的，影響最為深遠(yuǎn)的生物集群大滅絕事件。對(duì)于已經(jīng)過(guò)去的地質(zhì)歷史時(shí)期，我們不能倒回，但是可以通過(guò)古今對(duì)比得出更多的有價(jià)值的結(jié)論。不管是火山爆發(fā)成因，還是小行星撞擊所至，都已經(jīng)消失在漫長(zhǎng)的過(guò)去里，每一個(gè)今天，都是下一個(gè)歷史，所以要珍惜現(xiàn)在的生活，更要樂(lè)觀的面對(duì)一切挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Raup， D.M. Size of the permo-triassic bottleneck and its evolutionary implications [J]. Science， 1979， 206： 217-218

[2] Erwin D. The Permo-Triassic Extinction [J]. Nature， 1994， 367： 231-236

[3] 殷鴻福，黃思驥，張克信，等.華南二疊-三疊紀(jì)之交的火山活動(dòng)及其對(duì)生物滅絕的影響[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，1989，62（2）：169-181

[4]殷鴻福、徐桂榮、丁梅華，1985，華南古、中生代之交海洋生物界的更替。國(guó)際交流地質(zhì)學(xué)術(shù)論文集， 195-201頁(yè)，地質(zhì)出版社

[5] 王尚彥，殷鴻福.滇東黔西地區(qū)二疊-三疊系界線剖面粘土巖特征[J].中國(guó)地質(zhì)，2002，29（2）：155-160