近日，中国石油大学（北京）地球科学学院方琳浩副教授联合英国利兹大学、北京大学、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、中国地质大学（北京）、河海大学和英国埃克塞特大学等单位的科研人员，在三叠纪末陆地生态危机的形成机制研究中取得新进展。

研究团队在我国新疆准噶尔盆地和四川盆地的陆相地层中，识别出与中大西洋岩浆省火山活动高峰同步的火山硫沉降、植被衰退和异常高温野火的记录，验证大规模火山活动产生的脉冲式二氧化硫释放，可能通过“酸雨沉降—土壤酸化—植被崩溃—野火加剧”的连锁过程，促发三叠纪末陆地生态系统危机的科学假说。

相关成果以“Pulsed volcanic sulfur emissions linked to the end-Triassic terrestrial crisis”为题，发表在国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）上。

距今约2.016亿年前，地球经历了显生宙五次重大生物危机之一——三叠纪末生物大灭绝。该事件与被叫做“中大西洋岩浆省（CAMP）”的超级大规模火山活动在时间上高度重合。中大西洋岩浆省在约60万年内经历了多次短暂而强烈的喷发脉冲，向大气释放了大量二氧化碳、二氧化硫及卤素气体。

长期以来，二氧化碳引起的全球变暖被认为是这次生物危机的重要环境驱动力。然而，温室效应通常持续数十万年至百万年，难以充分解释地质记录中持续时间较短的植物多样性骤降、蕨类植物快速扩张以及异常强烈野火等现象。

相比之下，二氧化硫进入大气后能够形成硫酸盐气溶胶，并通过酸雨迅速沉降至地表。但由于火山硫在大气中的停留时间较短，而且陆相沉积记录容易受到风化、微生物作用和成岩过程改造，长期以来，学界一直缺少能够直接追踪三叠纪末火山硫沉降及其生态效应的可靠地质证据。

为解决这一问题，研究团队选取了新疆准噶尔盆地郝家沟剖面和四川盆地七里峡剖面开展研究。三叠纪末期，两地分别位于约北纬60度和北纬30至40度的古纬度范围，空间上相隔数千公里，代表两个相互独立的陆相沉积盆地。

研究人员综合分析了地层中的汞含量及汞与总有机碳比值、全岩硫同位素、含硫有机分子化石、高等植物生物标志化合物以及多环芳烃等指标，并将这些地球化学记录与植物化石、孢粉组合和天文年代学框架进行对比。

结果显示，在汞含量和汞与总有机碳比值出现最高峰、指示中大西洋岩浆省火山喷发达到最强阶段的约6万年时间内，两个剖面均出现二苯并噻吩和苯并萘并噻吩等含硫有机化合物的显著富集，并伴随硫同位素组成异常变化。

这两类含硫有机化合物通常需要在环境硫输入明显升高的条件下大量形成。它们与火山活动指标及硫同位素异常在不同盆地中的同步出现，为三叠纪末火山源硫进入陆地生态系统提供了新的分子地球化学证据。

与此同时，惹烯、海松烯等来源于高等植物的生物标志化合物在相同层位显著升高。结合植物化石和孢粉资料所记录的植物多样性下降及“蕨类峰”现象，研究人员认为，这些指标反映的并非植被繁盛，而是大规模植物死亡后，陆源有机质在短时间内被集中搬运和埋藏。研究还发现，两个剖面中的晕苯含量在三叠纪末生物危机层位明显升高。晕苯是一种高度缩合的六环多环芳烃，其大量形成通常需要超过1000摄氏度的高温燃烧条件。结合多环芳烃来源判别指标，研究结果表明，当时陆地环境中曾发生范围广泛、强度异常的高温野火。

【图1】三叠纪—侏罗纪之交（距今约2.016亿年前）超级火山（CAMP）活动、硫沉降、植被输入及野火指标的地层变化，以及陆地生态系统的奔溃。（研究团队供图）

基于上述证据，研究团队提出，在中大西洋岩浆省最强喷发阶段，脉冲式释放的二氧化硫及其他酸性气体经过远距离大气输送，在陆地形成反复的酸雨沉降。酸雨能够直接损伤植物叶片和根系，并降低土壤pH值。土壤酸化会加速磷以及钙、镁、钾、钠等植物必需营养元素的溶解和流失，从而削弱植物生长能力。当地表生态系统在较短时间内反复受到酸雨冲击时，土壤和植被原有的缓冲能力可能被突破，最终导致大范围植被衰退和陆地初级生产力下降。

大量死亡并逐渐干燥的植物残体又为野火提供了充足燃料。在干旱、强季节性气候等因素共同作用下，野火的发生频率和燃烧强度进一步增加。因此，异常高温野火更可能是陆地植被崩溃产生的后果和生态危机的“放大器”，而不是最初引发三叠纪末陆地生态危机的单一原因。

反复发生的植被死亡和野火进一步造成森林退化、地表裸露、土壤侵蚀及径流增强，使陆地生态系统陷入持续恶化的反馈过程。

该研究还表明，海洋拥有规模巨大的硫储库，对外来硫输入具有较强的稀释和缓冲能力；陆地沉积系统通常含硫量较低，土壤和植被的化学缓冲能力也更加有限。因此，同等规模的火山硫输入可能难以在海洋硫循环中留下清晰信号，却能够对陆地生态系统造成强烈冲击，并在陆相沉积地层中形成相对敏感的记录。

这一成果为认识大火成岩省火山活动如何通过短时间尺度的硫释放影响陆地生态系统提供了新的地质证据，也为解释三叠纪末植物多样性下降、蕨类植物扩张、植被崩溃和异常野火之间的内在联系建立了统一的作用机制。（来源：中国石油大学（北京））

相关论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz6570