二叠纪-三叠纪之交（2.5亿年前），地球上发生了最大的生物灭绝事件，大灭绝的机制受到了国内外学者的关注，目前很多证据显示西伯利亚大火成岩省的大规模喷发是重要的驱动因子。海洋生态系统遭受重创之后经历了5个百万年（整个早三叠世）才逐渐得到恢复，在此期间，地球上记录了显生宙最为极端的温室气候、动荡的海洋碳-硫循环和数次生物灾难事件。尤其是在早三叠世Smithian时期，由化石壳体磷灰石氧同位素重建的表层海水温度高达40℃，是过去5亿年罕见的极端高温。但是，这些极端环境事件的发生机制目前仍未探明。火山活动释放大量CO₂可以导致这些异常的环境事件，但与二叠纪-三叠纪之交不同，早三叠世火山活动尚未被沉积记录和同位素定年准确厘定，火山活动是否驱动该时期环境恶化和生物灾难尚不明确。

近日，中国地质大学（武汉）生物地质与环境地质国家重点实验室宋虎跃研究员课题组联合国内外学者，在国际地学重要期刊《Global and Planetary Change》上发表题为“A massive magmatic degassing event drove the Late Smithian Thermal Maximum and Smithian–Spathian boundary mass extinction”的研究论文。

该研究选取华南安徽巢湖剖面的早三叠世地层，开展了高分辨率的碳、硫同位素和相关地球化学研究。结果表明下三叠统印度阶-奥伦尼克阶之交、Smithian亚阶-Spathian亚阶之交发生了两次显著的碳-硫同位素同步正漂，并且正漂事件在全球范围内均有记录，表明了当时海洋中的有机碳和黄铁矿在缺氧环境中的埋藏同步增强。研究团队利用COPSE模型对Smithian至Spathian早期的碳-硫生物地球化学循环进行定量模拟。模型重建了Smithian早-中期的大规模碳释放驱动Smithian晚期极端高温、大陆风化增强和碳、硫同位素剧烈变化的具体发生过程（图1），与此前研究人员实际观测到的地质记录高度吻合。定量模拟计算碳释放量高达~78000 ± 13000 Gt，释放速率平均约为每年0.26 Gt；与二叠纪-三叠纪之交的模拟结果相比，二者碳释放总量在同一量级，但是Smithian时期碳释放速率低一个数量级。该研究认为释放的主要碳源可能是西伯利亚大火成岩省余波或特提斯洋闭合引起的岛弧岩浆活动中的幔源碳。这一研究为岩浆活动驱动Smithian-Spathian时期极端环境变化和生物灾难事件提供了新的证据，也间接指示早三叠世其他阶段的异常环境波动和生物迟缓复苏很可能也受到了相似的岩浆活动的影响。

图1 COPSE模型模拟火山释气驱动碳-硫循环，硅酸盐风化和海水表层温度的具体变化

本研究得到了国家自然科学基金青年项目、面上项目、重点项目和“中-英”国际合作项目（42172032，41872033，41402302和41661134047）的联合资助。

论文第一作者：杜勇，博士研究生在读，第一作者身份在GSA Bulletin，GPC，RCM，地球科学等期刊上发表学术论文5篇，另外2篇SCI论文in review。申请国家发明专利3项，已授权1项。

论文通讯作者：宋虎跃，研究员（博士生导师），研究方向为稳定同位素技术、新装置开发和重大地质（生命）突变期地球环境演化。

论文信息：

Title：A massive magmatic degassing event drove the Late Smithian Thermal Maximum and Smithian-Spathian boundary mass extinction

Authors：Yong Du, Huyue Song^*, Thomas J. Algeo, Haijun Song, Li Tian, Daoliang Chu, Wei Shi, Chao Li, Jinnan Tong

Source：Global and Planetary Change （2022）

DOI：10.1016/j.gloplacha.2022.103878

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S092181812200145X