揭开地球的古老秘密:新研究重塑了对泥盆纪时代大灭绝的理解

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7亿年前,泥盆纪经历了重大的生物进化,但最终以大规模灭绝事件告终。最近的研究表明,这种灭绝是由火山活动和植物驱动的脱氧造成的。这项研究结合了各种科学学科,强调了地球历史在解决当前环境问题方面的相关性。

一项新的研究表明,火山活动和海洋净化过程的结合将地球生态系统推向了一个临界点。

地球泥盆纪时代(发生在3.7亿多年前)种类繁多,海洋生物丰富多彩,第一批种子植物出现,它们以大片森林的形式分布在冈瓦纳大陆和劳鲁西亚大陆。

然而,这个时代接近尾声的大规模灭绝事件长期以来一直是争论的话题。一些科学家认为,晚泥盆世大灭绝是由大规模火山喷发引起的,导致全球变冷。其他人则认为,陆地植物扩张引起的大规模脱氧事件是罪魁祸首。

最近的研究结果

最近发表在《通讯地球与环境》杂志上的一项研究,由IUPUI的研究人员领导,现在认为这两个因素都发挥了作用,并提请注意地球今天面临的环境临界点。

 

Filippelli和Gilhooly表示,这项研究的结论给研究人员带来了很多考虑。在泥盆纪时期,陆地上新的生物结果对海洋生物产生了负面影响。Gilhooly指出,在今天,化肥径流排入海洋等活动,加上化石燃料燃烧产生的热量,正在降低海洋的氧气含量。他说,晚泥盆世类似情况的先前结果产生了灾难性的后果。

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研究人员在东格陵兰岛的特雷尔岛(Trail Island)进行实地考察,该岛靠近晚泥盆世岩石露头。图片来源:约翰·马歇尔,南安普顿大学

历史教训和现代影响

“纵观地球历史,发生了一系列生物创新和地质事件,彻底重塑了海洋和陆地的生物多样性和环境条件,”Gilhooly说。“在泥盆纪时代,一种新的陆地生物战略对海洋生物产生了负面影响。当放在人类活动驱动的现代全球和气候变化的背景下,这是一个发人深省的观察。我们可以从地球的历史中学到很多东西,这可以帮助我们思考避免未来临界点的策略和行动。

该研究的其他贡献者包括东京工业大学的Kazumi Ozaki,佐治亚理工学院的Christopher Reinhard,南安普顿大学的John Marshall和圣地亚哥州立大学的Jessica Whiteside。

该研究由IUPUI理学院教师Gabriel Filippelli和William Gilhooly III共同撰写。主要作者是美国海军学院海洋学助理教授马修·斯马特(Matthew Smart),他在研究时是菲利佩利实验室的研究生。

研究结果和方法

这项工作是第一个将两个相互竞争的晚泥盆世灭绝理论统一为一个全面的因果情景的工作。从本质上讲,该小组得出的结论是,大规模火山活动和陆地植物将多余的营养物质冲入海洋引起的脱氧这两个事件都需要发生才能发生大规模灭绝。

“解决这个难题的关键是识别和整合我们使用复杂的全球模型确定的地球化学信号的时间和大小,”Filippelli说。“这项建模工作表明,我们根据地球化学记录看到的营养事件的规模可以推动大量的海洋灭绝事件,但事件的持续时间需要两个因素 – 树根进化和火山活动 – 来维持对生物有毒的海洋条件。

该小组拥有沉积学、古生物学、地球化学、生物地球化学和数学建模方面的专家,他们深入研究了分散在不同大陆的数百个样本的地球化学分析。其中包括来自格陵兰岛东部伊梅尔岛的样本,这里是地球上一些最古老的岩石样本的所在地。

“这个过程是高度跨学科的,”Gilhooly说。“这种综合的专业知识创造了一种严格的方法来收集样本,及时关联序列,获取化学数据,并使用地球化学模型来测试关于生物 – 植物 – 和化学 – 火山的相对影响的工作假设 – 驱动的大规模灭绝触发因素。我们的分析表明,这些影响比非此即彼的情况要复杂得多。

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