二叠纪末（约2.52亿年前）的生物大灭绝是地球有生命以来最严重的一次生态危机事件，大规模火山喷发被认为是导致这次生态危机、环境快速恶化以及生物大灭绝的主要原因。然而，这次生态危机在不同纬度带的响应过程是否一致长期以来并不清楚。解决争议的关键是寻找当时火山喷发落下的火山灰，对其中保存良好的锆石，利用CA-ID-TIMS方法开展高精度锆石U-Pb同位素测年，获得不同地区生物大灭绝发生的精确地质年龄，同时开展不同纬度带的生物多样性大数据研究。
以往的研究显示位于南方高纬度带的澳大利亚东部陆地生物大灭绝发生在大约2.5231亿年前，相对海洋生物大灭绝发生得更早。那么低纬度地区陆地生物大灭绝与海洋生物大灭绝发生的时间关系是怎样的呢？我国西南地区是研究低纬度地区陆相生物大灭绝的理想地区，发育了连续的二叠纪-三叠纪之交陆相、海陆过渡相地层，记录了二叠纪末陆地生物大灭绝的发生过程。针对该科学问题，我中心沈树忠院士团队经过多年的努力，通过系统的野外火山灰样品采集，团队成员赴美国麻省理工学院同位素实验室，利用CA-ID-TIMS方法对其中的锆石开展了高精度U-Pb同位素年代测定，共获得8个高精度地质年龄。通过对年龄数据的详细分析以及全球对比，首次精确限定了低纬度地区二叠纪末陆地生物大灭绝的时间和模式，揭示了低纬度地区陆地生态系统开始崩溃的时间比海洋生物大灭绝开始的时间推迟了至少6万年。另外，本次研究获得的高精度年龄也精确地揭示了二叠纪末生物大灭绝随纬度的发展次序，大灭绝最早在二叠纪长兴期末期开始于高纬度地区，逐渐推进到中纬度地区，最终于三叠纪早期在低纬度地区结束。高纬度和低纬度的陆地生态系统对环境恶化的响应速度展现出较大差异，其时间差异长达约65万年。研究团队同时利用古生物大数据开展了全球生物多样性纬度梯度变化研究，运用多种统计方法估算不同古纬度带的陆地生物灭绝率，结果显示低纬度地区的生物灭绝不仅发生得较晚，灭绝率也相对较低，可能指示低纬度地区陆地生态系统抗环境压力的能力更高。
地球生态系统在环境剧变时如何响应是科学界和广大民众普遍关心的问题。本项研究系统地揭示了二叠纪末不同纬度带的陆地生态系统及海、陆生态系统对环境恶化都有不同的响应速度，为深入解读不同生态系统对二叠纪末大灭绝的响应型式提供了新的线索。本项研究还表明地球生态系统在遭遇快速升温等重大环境灾变时，由于两极放大效应，首先导致高纬度地区陆地生态系统的崩溃，而赤道地区由于生物多样高，生态系统抗灾变能力强，生态系统崩溃相对较晚，持续时间更长。因此，在当今地球正在遭受快速升温的背景下，我们需要特别关注两极地区陆地生态系统的变化趋势。
沈树忠院士带领团队与国内外多家单位合作，长期致力于二叠纪末生物大灭绝的机制和模式研究，该研究成果于2月1日发表于国际著名学术刊物《Science Advances》上。吴琼博士为第一作者，现工作于南方海洋科学与工程广东省实验室（广州），太阳成集团tyc33455ccwww的沈树忠院士为通讯作者。合作单位包括中国科学院南京地质古生物研究所、美国麻省理工学院、美国国家自然历史博物馆、云南大学、中国矿业大学、中国科学院广州地球化学研究所等。本研究得到了国家自然科学基金等多项科学基金的大力支持。
文章信息：
Qiong Wu, Hua Zhang, Jahandar Ramezani, Fei-fei Zhang, Douglas H. Erwin, Zhuo Feng, Long-yi Shao, Yao-feng Cai, Shu-han Zhang, Yi-gang Xu, Shu-zhong Shen*, 2024. The terrestrial end-Permian mass extinction in the paleotropics postdates the marine extinction. Science Advances, 文章链接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7284.
图1 沈树忠院士与吴琼博士等在贵州岔河剖面采集样品
图2 中国西南地区陆相火山灰CA-ID-TIMS锆石206Pb/238U年龄
图3 二叠纪末不同纬度带陆地生态系统崩溃过程模式图