塔里木及华南晚埃迪卡拉纪至寒武纪乌溜阶海洋环境变化及对生物演化的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵长秋 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郭庆军 |
| 关键词 | 埃迪卡拉纪-寒武纪转折期 碳-硫循环 生物演化 塔里木 华南 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 埃迪卡拉纪-寒武纪转折期（Ediacaran-Cambrian Transition：E-C，551-509 Ma）为地质历史时期生命演化的关键时期，期间经历了埃迪卡拉动物群的出现 和灭绝，寒武纪小壳化石生物的出现和灭绝以及随后的“寒武纪大爆发”。寒武 纪生物大爆发的同时，还伴随着古杯动物门及莱得利基虫和小油栉虫类三叶虫 的灭绝。大气-海洋氧化还原环境及营养物质供应被认为是制约生物辐射、灭绝 及分布的主要因素。尽管近二十年来前人运用元素-同位素地球化学方法对 E-C 转折期多盆地的氧化还原环境、碳-硫-磷-氧及氮循环等研究。然而最基本的大 气-海洋碳-硫-氧循环仍然存在争议，这对厘清生命-环境协同演化存在障碍。此 外卡尔卡林吉大火山岩省（Kalkarindji Large Igneous Province：LIP）对第二统 第四阶末-苗岭统乌溜阶的碳-硫循环影响及生物危机的相关性依旧缺乏实质的 证据。本研究选取中国西北塔里木盆地柯坪地区浅海相及华南克拉通南华盆地 深水相 6 条剖面为研究对象，进行碳酸盐岩微量硫酸盐和黄铁矿多硫同位素、 有机碳同位素测试，并结合课题组已发表工作及全球其他剖面已发表数据进行 汇总对比研究。探讨 E-C 转折期海洋硫酸盐浓度时空变化，大气 pO2 和 pCO2 （O2 和 CO2 含量），并探讨其控制因素和对生物演化的影响。取得成果如下： （1）本研究基于新建的 E-C 转折期海水硫同位素曲线计算出 E-C 转折期硫 酸盐浓度的变化。其在埃迪卡拉纪末期到第二统呈逐渐上升的趋势，由 551 Ma 的 2 mM 逐渐上升到 515-510 Ma 的 6-7 mM。545-540 Ma 及 510-509 Ma 硫酸盐 浓度的降低主要与黄铁矿埋藏增强及海洋缺氧有关，大气 pO2 升高对硫化环境的 氧化为硫酸盐浓度升高的主要原因。硫酸盐浓度变化通过 GEOCARBSULFOR 模 型和 COPS 模型制约，与大气 pO2 演化呈协同关系，且与生物辐射也呈明显的相 关性。 （2）华南三个剖面的黄铁矿多硫同位素表明深水盆地的硫化氢主要为混合 信号，且由上覆硫化氢扩散形成的黄铁矿的比例在 529 Ma 后降低，深水硫化水 体可能由于上涌造成萎缩。而且上涌过程中导致了小壳生物的灭绝。多硫同位素 模型表明 E-C 转折期陆源输入的硫源的同位素值相对稳定，δ 34Sin = 12-15‰、 Δ33Sin = 0.01-0.02‰，表明 E-C 转折期大陆风化对象几乎不变。 （3）基于耦合碳同位素光合作用模型反演的 E-C 转折期大气 pCO2 在 2-20 PALs（工业革命前大气水平：Preindustrial atmospheric levels，280 ppmv，parts per million velocity）之间，呈降低趋势，并在第四阶末期达到最小值。但在 LIP 后pCO2 有所回升，受到了大火山岩省的影响。表明寒武纪纽芬兰统-苗岭统乌溜阶 大气逐渐降温且大陆风化强度减弱。 （4）由第四阶末-乌溜阶海洋硫酸盐硫同位素和含量几乎无剧烈变化及无硫 同位素非质量分馏信号的特征表明 Kalkarindji LIP 的规模和对碳-硫循环及生物 灭绝的影响有限。Kalkarindji LIP 的作用呈三阶段，首先火山去气及岩熔对有机 质燃烧，其次火山作用导致深部海水上涌，最后产生的 CO2 对气候和风化的调 节。最终形成了不均一的 Redlichiid-Olenellid 类三叶虫灭绝碳同位素偏移信号及 莱得利基虫和小油栉虫类三叶虫灭绝的不等时现象。 E-C 转折期大气-海洋环境信号通过多参数及多模型得到制约。重建的海洋 硫酸盐浓度与大气 pO2 呈耦合变化，表明 E-C 转折期为稳定耦合的大气-海洋氧 化程度，达到生物辐射的阈值。陆源输入控制光合作用强度，进而加强大气-海洋 系统氧化并不断被用于氧化海洋中的还原物质。且伴随着上涌事件消耗氧化剂并 释放营养元素，这促进了寒武纪早期的高生产力及对海洋还原物质的氧化。大气 -海洋系统在 520 Ma 呈现稳定的氧化格局，由于生物扰动作用增强加强碳-硫-氧 循环，故而生命在第二统后波动中演化。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 210 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209234]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵长秋. 塔里木及华南晚埃迪卡拉纪至寒武纪乌溜阶海洋环境变化及对生物演化的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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