高精度定年首次揭示極短冰期導致奧陶紀末生物大滅絕
地球進入顯生宙以來發(fā)生過5次全球性的大規(guī)模集群滅絕事件，其中奧陶紀末生物大滅絕是第一次，但其滅絕規(guī)模位居第二，這次大滅絕事件被國際同行普遍認為與晚奧陶世的冰川作用有關(guān)。但是，地球歷史上的全球性冰川事件發(fā)生過若干次，進入顯生宙之后也發(fā)生過多次，唯獨奧陶紀末的這次冰川作用伴隨有一次大滅絕事件，大滅絕的過程與機制一直存在比較大的爭議，其中一個重要原因就是，與大滅絕相關(guān)的地層層位雖然有比較精確的生物地層控制，但長期以來一直缺乏高精度年代學限定，從而制約了對奧陶紀末生物大滅絕時限和機制的理解。上奧陶統(tǒng)赫南特階頂界（即奧陶系——志留系的界線）和底界的年齡、奧陶紀末大滅絕的持續(xù)時間等重要科學問題都沒有定論。
研究區(qū)位置和野外露頭
中國科學院廣州地球化學研究所、南京地質(zhì)古生物研究所和澳大利亞國立大學的相關(guān)研究團隊，經(jīng)過近8年的努力，在我國華南考察了百余條奧陶系——志留系界線剖面，最終對云南萬和新發(fā)現(xiàn)的一個連續(xù)完整的、出露良好的奧陶系—志留系界線剖面進行了高精度的系統(tǒng)古生物學、巖石地層學、生物地層學研究，并對剖面中厚度不等的23層斑脫巖層進行了單顆粒鋯石雙稀釋劑高精度熱電離質(zhì)譜（ID-TIMS）U-Pb定年，最終獲得了4個高精度年齡，分別是444.65 ± 0.22 Ma (Dicellograptus complexus 筆石帶中部)，444.06 ± 0.20 Ma (Paraorthograptus pacificus 筆石帶下部)，443.81 ± 0.24 Ma (Tangyagraptus typicus 筆石亞帶上部)和442.99 ± 0.17 Ma (Metabolograptus extraordinarius 筆石帶上部)。以這些年齡為基礎(chǔ)，在詳細沉積學研究的基礎(chǔ)上，首次結(jié)合不同巖性的沉積速率差異，計算出赫南特階頂界（即奧陶系-志留系界線）(442.67 ± 0.24 Ma)和底界(443.14 ± 0.24 Ma)，D. mirus 筆石亞帶底界(443.41 ± 0.24 Ma)，T. typicus 筆石亞帶底界(444.17 ± 0.28 Ma)，P. pacificus 筆石帶底界(444.38 ± 0.31 Ma)和D. complexus 筆石帶底界(444.84 ± 0.31 Ma )年齡。
本研究中的地層剖面及年代
這些數(shù)據(jù)表明，赫南特階的時間跨度為 0.47 ± 0.34 Ma，明顯短于以前的推測 (1.4 ± 2.05 Ma，國際地層年代表ver. 2019/05)。赫南特盛冰期(Hirnantian glacial maximum)的持續(xù)時間為~0.2 Ma。
國際同行研究認為，奧陶紀末的冰期造成的南極（奧陶紀末的南極，即今天的北非）冰蓋規(guī)模達到1.5億立方千米，大約是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍還多！萬和剖面高精度定年研究說明，如此大規(guī)模的冰蓋在極短的時間間隔內(nèi)形成，造成全球海平面快速下降達到100-150 m甚至更多，使絕大部分海洋生物，特別是底棲生物來不及遷移并適應新的底域環(huán)境就遭到了“滅頂之災”，也即奧陶紀末的大規(guī)模集群滅絕事件。
該項研究是第一次在單一奧陶系——志留系界線剖面上獲得多個可靠的系列同位素年齡；限定奧陶紀末大滅絕發(fā)生在20萬年間；界定了奧陶紀末大滅絕首幕發(fā)生的時間；將奧陶系最上部一個階（赫南特階）的時限確定在0.47 Ma；標定奧陶系——志留系界線的年齡為442.67 Ma年，這些都是由該研究第一次做出的成果。
本研究揭示的地層年代跨度
該研究成果近期發(fā)表于Solid Earth Sciences上。
Ling, M.-X., Zhan, R.-B., Wang, G.-X., Wang, Y., Amelin, Y., Tang, P., Liu, J.-B., Jin, J., Huang, B., Wu, R.-C., Xue, S., Fu, B., Bennett, V.C., Wei, X., Luan, X.-C., Chen, Q., Finnegan, S., Harper, D.A.T. and Rong, J.-Y., 2019. An extremely brief end Ordovician mass extinction linked to abrupt onset of glaciation. Solid Earth Sciences, 4(4), 190-198.
該研究得到了中國科學院先導項目(XDB26000000,XDB18020102)、國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0600408)、中國科學院青促會等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.sesci.2019.11.001
