藏南珠穆朗玛峰地区早三叠世古海洋碳-氮-硫同位素演化

The large perturbed ocean environments have been supposed as a key cause of the delayed biotic recovery in the aftermath of the end-Permian mass extinction. However, most of the evidences for the unusual conditions are from the Tethys area in the low latitude. The researches that focus on the environmental changes in the middle and high latitudes are necessary and important to explore and understand whether the perturbed ocean conditions are global events. The Everest area in South Tibet, located at middle latitude during the Early Triassic, has well-exposed and widespread Paleozoic-Mesozoic transitional strata. This project will systematically study the carbon-nitrogen-sulfur isotopes in high-resolution from three Lower Triassic sections in different facies (Selong, Tulong and Xiukang sections). The purpose of this program aims to establish the temporal and spatial evolution of the carbon-nitrogen-sulfur isotopes and explore the changes of the ocean redox conditions and marine primary productivity in the aftermath of end-Permian mass extinction. The atmospheric CO2 concentration will be calculated based on the modeling and the carbon-sulfur isotopes. Then, the relationship between the CO2 concentration and the redox condition/primary productivity will be investigated. Combined with the findings from South China, this project can present the details of the carbon-nitrogen-sulfur cycles in different latitudes. This project is important for understanding the relationship between the delayed biotic recovery and perturbed environments during the Early Triassic.

早三叠世异常的海洋环境被认为是导致二叠纪末生物大灭绝之后生物迟缓复苏的主要原因，但目前的研究证据基本上都来自于低纬度特提斯地区。这种异常环境是否具有全球性，迫切需要中高纬度地区的研究证据。我国藏南珠穆朗玛峰地区在早三叠世位于南半球中纬度地区，且拥有古-中生代之交良好的沉积记录。本项目拟对该地区三个不同沉积古地理相区剖面（色龙、土隆和修康剖面）的早三叠世地层开展高分辨率的碳-氮-硫同位素研究，获取冈瓦纳古陆北缘中纬度地区早三叠世古海水碳-氮-硫同位素的时间-空间演变规律，探讨古海洋氧化还原环境状态和海洋初级生产力的变化规律。利用碳、硫同位素结果定量模拟计算早三叠世大气CO2浓度变化，进而探讨海洋初级生产力及氧化还原环境与大气CO2浓度的相互联系。对照低纬度华南地区已有的研究成果，阐释早三叠世异常海洋环境在不同纬度的表现形式，以进一步理解早三叠世生物迟缓复苏与异常海洋环境之间的相互关系。

早三叠世异常的海洋环境被认为是导致二叠纪末生物大灭绝之后生物迟缓复苏的主要原因，但目前的研究证据基本上都来自于低纬度特提斯地区。这种异常环境是否具有全球性，迫切需要中高纬度地区的研究证据。我国藏南珠穆朗玛峰地区在早三叠世位于南半球中纬度地区，且拥有古-中生代之交良好的沉积记录。本项目通过对该地区三个不同沉积古地理相区剖面（色龙、土隆和修康剖面）的早三叠世地层开展高分辨率的碳-氮-硫同位素研究，获取了冈瓦纳古陆北缘中纬度地区早三叠世古海水碳-氮-硫同位素的时间-空间演变规律。我们发现藏南大灭绝时期的氮同位素值为 ~5±0.5‰，与现代开阔海水的值相似，与此前其他地区的研究结果存在显著的差异。综合沉积和地球化学证据表明，藏南土隆剖面大灭绝时期海水呈持续的有氧环境和稳定的氮循环。随后，在Griesbachian至Spathian期间氮同位素组成呈现低值，与其他地区的结果相似，指示固氮作用的主导在三叠纪早期抑制缺氧海洋中的真核生物的生存。该研究对此前的学术观点提出质疑，需要进一步研究来探索生物大灭绝的驱动因素。我们揭示了藏南早三叠世-晚三叠世海水碳-硫-铀同位素演化曲线，硫同位素的两次正漂和铀同位素的负漂表明，在Smithian期和Carnian期分别发生了两次全球海洋缺氧事件。硫同位素和铀同位素指示海洋缺氧环境在Spthian至中三叠世有所改善。我们认为，大量轻碳的CO2注入海洋大气系统导致了随后的温度升高、强烈的风化和营养物质流入、广泛的海洋缺氧、温室间隔期间的大扰动碳硫铀循环。这些恶劣的环境是早三叠世生物迟缓复苏的主要原因。本项目的研究工作共发表SCI和EI论文11篇，获批中国发明专利1项。