于华南奥陶系高分辨率的碳同位素记录.doc

来自于华南奥陶系高分辨率的碳同位素记录：超级温室冷却与奥陶纪生物大辐射事件的联系 奥陶纪生物大辐射事件（GOBE）代表了显生宙一次最大规模的海洋生物多样性的增加，然而它发生的前因和后果还不清楚。来自华南红花园一条出露完好的奥陶系剖面的高分辨率的碳酸盐岩和有机碳的(13C 值记录的碳同位素模式可能为了解奥陶纪生物大辐射事件的起因提供了新的视角。可与世界其它地区同期地层剖面碳同位素数据对比的华南红花园剖面的碳同位素数据资料显示了一个奥陶纪碳循环的大幅波动。Floian阶(13C值一个8‰的正漂移可能表示了在早奥陶中期有机碳埋藏速率的大幅增加，从而导致了那时期超级温室的冷却，超级温室的冷却在触发了奥陶纪生物大辐射事件中可能起了重要作用。在Darriwilian 和Sandbian阶，碳酸盐岩(13C 值4‰的正漂移和有机碳的(13C 值反复震荡变化，可能指示了中奥陶末期－晚奥陶早期有机碳埋藏速率增加导致了全球碳循环的波动。这种碳同位素模式可能记录了气候变化的开始及其最终导致的晚奥陶冰期和生物大灭绝，这些又导致了奥陶纪生物大辐射的终止。 引言 奥陶纪生物大辐射大致开始于470 Ma前的早奥陶世， 可能持续到了晚奥陶世，持续时间超过25 Ma（Droser and Sheehan, 1997;Miller, 1997; Webby et al., 2004; Servais et al., 2009）。虽然寒武纪生命大爆发导致了海洋动物各门类的出现，但是直到奥陶纪早期标志生物多样性的科、属、种的数量还维持的较低的水平(Sepkoski, 1997)。在奥陶纪生物大辐射高峰时，海洋动物科的数量增加到了寒武纪和奥陶纪早期三倍的水平(Webbyet al., 2004)。奥陶纪生物大辐射被发生在大约444Ma前的奥陶纪末生物大灭绝所终止(Sepkoski, 1996; 时间表来自于Gradstein et al., 2004)，奥陶纪末生物大灭绝可能是由晚奥陶Hirnantian 冰期的寒冷气候所引发的(Stanley, 1984; Sheehan, 2001),，在那次冰期中冰川覆盖了冈瓦纳大陆大部分地区和劳伦大陆的部分地区(Crowell, 1999)。 相对于寒武纪生命大爆发和奥陶纪末生物大灭绝，关于奥陶纪生物大辐射的研究还较少(Bottjer et al., 2001)，导致它的起因还不清楚(Servais et al., 2009)。传统的观点认为没有与奥陶纪生物大辐射相关的显著环境变化，从而简单的认为它主要是由于早期后生动物演化过程中的内因引起的(Webbyet al., 2004)。然而，最近的研究强调了环境变化在触发奥陶纪生物大辐射中的重要作用。Trotter et al. (2008)根据牙形石氧同位素测温数据认为超级温室的冷却可能触发了奥陶纪生物大辐射。另外，Schmitz et al. (2008)奥陶纪地层中铬球粒丰度和锇同位素数据提出了小行星撞击事件加速了奥陶纪生物大辐射的进程的观点。据估算早－中奥陶时期大气CO2的含量可能相当于现今水平的14－18倍，从而推断那时期存在超级温室的气候条件(Berner and Kothavala, 2001; Herrmann et al., 2003)。因此，一般认为奥陶纪生物大辐射发生在超级温室气候条件下(e.g., Gibbs et al., 1997)。可是，超级温室气候的开始和结束的时间都没有确定(Saltzman and Young, 2005)，所以它与奥陶纪生物大辐射的在时间上的关系还不清楚。因为大气CO2是一种重要的温室气体，它的变化可能是地质时间尺度（106 yr）上气候变化的主要因素，在中等时间尺度上(103–106 yr)大气CO2水平主要受海洋－大气系统中碳的输入和输出的控制(e.g., Royer, 2006).。因此，碳酸盐岩和有机碳的碳同位素组成可以记录大气CO2水平相关的全球碳循环的变化(Hayes et al., 1999; KumpandArthur, 1999; Freeman, 2001)。 已经建立了许多来自世界各地关于奥陶－志留界线地层剖面的碳同位素化学地层格架(Wang et al., 1993a; Patzkowsky et al.,1997; Underwood et al., 1997; Kump et al., 1999; Finney et al., 1999;Brenchley et al., 2003; Buggisch et al., 2003; Shields et al., 2003;Saltzman, 2005; Saltzman and Young 2005; Melchin and Holmden,2006