北大地空學院助理教授李明松聯合美國新澤西州Montclair State University助理教授崔瑩（畢業于北大地空學院2008級碩士班）及挪威奧斯陸大學Wolfram M. Kürschner教授等人，對晚二疊世生物滅絕事件進行了系統的有機地球化學、天文年代學以及地球系統模型的研究，認為西伯利亞大火山岩省快速釋放大量的CO2導緻了二疊紀末生物大滅絕。研究成果于近日發表于美國國家科學院院刊（PNAS）。

圖1.二疊紀末大滅絕想象圖。2.5億年前緻命的西伯利亞熔岩流入大海，史前生命的最後一瞥。繪圖：H. Duan

2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕是顯生宙最慘烈的大滅絕事件，超過90%的海洋物種和70%的陸地物種滅絕。查明這次大滅絕發生的進程和原因一直是地球科學領域的熱點問題。很多研究認為西伯利亞大火山岩省的活動是導緻這次大滅絕的原因，然而，引起地球環境和生态系統劇變的機制還存在着很大的争議。

研究團隊對來自挪威Finnmark台地的兩個保存完好的沉積岩鑽孔進行了大量有機地球化學分析，其中包括短鍊及長鍊正構烷烴的分子豐度、分子有機碳同位素、全岩碳同位素、植烷/姥鲛烷比值以及植物孢粉豐度的測量。在有機地球化學分析中，短鍊及長鍊正構烷烴的豐度變化分别代表了海洋藻類或細菌及利用C3光合作用的陸生高等植物的豐度變化。

研究利用了高分辨率的自然伽瑪測井數據進行天文年代學分析，發現所研究鑽孔的平均沉積速率高達22 厘米每千年，這遠高于絕大多數的海相剖面，為高精度的天文年代學研究提供了材料，也為解決二疊紀末大滅絕的持續時間這一熱點問題提供了機會。計算結果顯示，二疊紀末大滅絕伴随的碳同位素漂移事件持續了11萬年，其啟動持續了1.5萬年。

本次研究的亮點是利用分子碳同位素數據和天文旋回約束的年代模型來進行地球系統模型的反演，計算出了晚二疊世至早三疊世大氣CO2釋放的速率及古氣候和古環境的響應。首先，分子碳同位素的優勢在于其反映了特定的生物類型，相較之下，全岩的碳同位素則成分複雜，難以确定有機物的來源。其次，天文年代學模型為分子碳同位素的變化提供了高精度的年代控制标尺，使得碳釋放的速率計算更加精準可靠。最後，地球系統模型包括了海陸相互作用及大洋環流，對古氣候重建和生物地球化學變化的模拟有更高的準确度。

通過與古海水溫度和pH代用指标數據的對比，研究團隊得出西伯利亞大火成岩省噴發時釋放的大量CO2導緻了高達15攝氏度的全球變暖以及1個單位的pH值降低，從而導緻了90%的海洋物種及70%的陸地物種滅絕。

這項研究認為，一旦環境變化超過臨界阈值，可能導緻不可逆轉的大滅絕事件；這也為當今的氣候變化提供了警示。

本研究的通訊作者為Wolfram M. Kürschner、崔瑩、李明松，其他合作者還有挪威奧斯陸大學Elsbeth E. van Soelen博士及荷蘭烏得勒支大學助理教授Francien Peterse。這一研究受到了挪威研究委員會、美國自然科學基金以及國家自然科學基金項目的資助。

全文信息（開放出版）：Ying Cui*, Mingsong Li*, Elsbeth E. van Soelen, Francien Peterse, Wolfram M. Kürschner*. 2021. Massive and rapid predominantly volcanic CO2 emission during the end-Permian mass extinction. PNAS. 118(37),e2014701118.https://www.pnas.org/content/118/37/e2014701118

圖2.二疊紀末古地理圖

圖3.有機地球化學數據

圖4.天文年代學分析

圖5. 地球系統模型模拟結果