在现代医学介入之前，我们对人体各组织的作用并不了解，如至今我们用到的“用心想想”，便是认为心脏是思考的器官。想要了解身体各组织的具体作用，一个常用的方法是观察组织病变，及其产生的影响。现代医学正是通过这样的方法，不断认识人体。地球作为一个内外关联的系统犹如人体，想要理解其演化及各部分“功能与作用”，最好的切入口就是研究其异常期，即重大地质事件。显生宙（5.41亿年以来）地球经历的五次生物大灭绝事件就是地球这样的异常期。不同于显生宙其他四次大灭绝（多认为与全球变暖有关），奥陶纪末期生物大灭绝事件是显生宙寒武纪生命大爆发后经历的第一次生物大灭绝，却伴随着显生宙第一次严重的冰期。这次大灭绝事件影响深远，在此之前生物以快速起源和灭绝为特征，在此之后物种形成与灭绝速率急剧下降，大气及海洋氧含量在此之后也快速升至现今水平。前人大量的研究认为特殊的古地理格局、火山作用、植物登陆等可能是这次生物大灭绝和冰期产生的主要原因。然而，这一时期是否有过剧烈的火山作用，以及火山作用如何影响仍存在很多争议。另外，这一时期全球板块的分散性及关键的古地磁数据缺乏，导致古地理重建方案具有很大争议。现有古地理重建模型的一个重要缺陷是无法解释这一时期冰川发育的迁移性。现有的一些冰川沉积表明，奥陶纪末冰川中心在非洲北部出现，随后中心向南迁移，到志留纪早期(兰多维利世或“早志留世”)冰川只在南美有零星分布(图1)。如果按照前人古地理重建模型，这一时期冈瓦那大陆并无移动（图1），则要求从奥陶纪末期到志留纪早期，冈瓦那大陆上一直发育大规模冰川。这与古温度、天文旋回及冰川沉积记录存在很多矛盾。图1. 左图为古生代冈瓦那大陆冰川记录情况，奥陶纪末期到志留纪早期冰川从北向南迁移(Caputo and Crowell, 1985)；右图为目前流行的奥陶纪末到早志留世全球古地理重建(Cocks and Torsvik, 2021)
前人根据初步的古生物数据对于奥陶纪末生物大灭绝提出可能存在两次脉冲式灭绝过程。然而，最新的高精度年代学-古生物数据表明本次生物大灭绝起始与结束时间较之前认为的更长，也没有表现出明显的两次脉冲式灭绝的模式(图2c) (Deng et al., 2021; Rasmussen et al., 2019)。早期提出的各种机制都试图去吻合这种两次脉冲式的灭绝模式。因此，现在看来早期研究提出的灭绝机制可能并不能完美解释奥陶纪末生物大灭绝。2. 奥陶纪末-早志留世全球环境变化与华南古地磁结果层位为了更精确地建立全球奥陶纪末古地理格局，以及晚奥陶世到志留纪早期（兰多维利世）有颌脊椎动物起源与快速崛起过程的环境背景（见朱敏团队相关4篇Nature杂志论文, 2022年9月29日）。我们对华南重庆秀山含有志留纪早期丰富鱼类水族馆成员的回星哨组地层开展了详细的古地磁研究。结合前人研究结果，获得了一个高可靠性的早志留世古地磁极（438-435 Ma）。基于全球奥陶纪末到早志留世古地磁结果系统总结，发现几乎所有板块在这一时期都具有50º左右的极移变化过程（图3）。这种多板块、大幅度、快速的板块运动行为，无法用传统的板块构造理论解释，而与地球的真极移造成的现象较一致。在进一步排除其他影响因素后（如：赤道–轴向偶极子场，非偶极子场，构造旋转），我们认为奥陶纪末期在450–440 Ma之间地球发生过一次大约50º的真极移事件。真极移是由于地球质量异常引起的整个地球固体部分（从地表到地幔）相对于磁极或地球自转轴的整体运动。造成这次真极移的一个重要原因可能是原特提斯大规模碰撞消亡，致使大量板片俯冲下沉且滞留在地幔转换带，从而使得特提斯域地幔转换带具有重力正异常，造成真极移使其向赤道方向运动。依据这一真极移事件，我们精确重建了全球450–440 Ma板块的古地理格局（图4），该重建可以很好地解释奥陶纪末期冰川发育的过程及成因。同时，真极移引起的快速的地理环境变化造成了奥陶纪末的生物大灭绝事件。相关成果以“真极移：奥陶纪-志留纪严重冰期和生物大灭绝的机制”（Ordovician–Silurian true polar wander as a mechanism for severe glaciation and mass extinction）为题，于2022年12月26 日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。全文链接https://www.nature.com/articles/s41467-022-35609-3.pdf
Caputo, M.V., Crowell, J.C., 1985. Migration of glacial centers across Gondwana during Paleozoic Era. Geol. Soc. Am. Bull. 96, 1020. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1985)96<1020:MOGCAG>2.0.CO;2Cocks, L.R.M., Torsvik, T.H., 2021. Ordovician palaeogeography and climate change. Gondwana Res. 100, 53–72. https://doi.org/10.1016/j.gr.2020.09.008Deng, Y., Fan, J., Zhang, S., Fang, X., Chen, Z., Shi, Y., Wang, H., Wang, X., Yang, J., Hou, X., Wang, Y., Zhang, Y., Chen, Q., Yang, A., Fan, R., Dong, S., Xu, H., Shen, S., 2021. Timing and patterns of the great Ordovician biodiversification event and Late Ordovician mass extinction: Perspectives from South China. Earth-Sci. Rev. 220, 103743. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103743Rasmussen, C.M.Ø., Kröger, B., Nielsen, M.L., Colmenar, J., 2019. Cascading trend of Early Paleozoic marine radiations paused by Late Ordovician extinctions. Proc. Natl. Acad. Sci. 116, 7207–7213. https://doi.org/10.1073/pnas.1821123116
收藏本站
.png)
