《科学》发表地大新成果：二叠纪末的超级厄尔尼诺放大灭绝效应

地大新闻网讯 （通讯员 殷茵）9月12日，我校生物地质与环境地质国家重点实验室孙亚东教授团队在国际顶级刊物《科学》（Science）上发表论文《超级厄尔尼诺启动二叠纪末生物大灭绝》。该论文结合沉积地球化学代用指标和复杂地球系统科学模式模拟，从海—气耦合的角度解析二叠纪末大灭绝的启动和发展机制。

显生宙以来的大火成岩省（熔岩规模在百万立方公里级）有数十个，但引发的极热事件只有十几个，而随之引发的生物灭绝事件则更少，达到二叠纪末生物灭绝规模的绝无仅有。这种现象挑战了我们对地球气候系统拐点的认知。

二叠纪末海洋灭绝和陆地灭绝存在差异性机制。大洋缺氧是海洋生物灭绝的主要诱因，但对陆地生命几乎没有影响。全球变暖可以同时杀死海洋和陆地生物，但冈瓦纳大陆上多数地区的陆地灭绝远早于海洋灭绝和全球变暖。野火、海洋酸化、臭氧空洞、重金属中毒等灭绝机制均不能单独解释二叠纪末生物大灭绝的规模，地区不均一性和海—陆异时性。

二叠纪—三叠纪之交的海陆变化汇总

短尺度的气候变率在深时古气候研究中涉及极少，通常隐藏在背景态气候变化中。本文使用牙形石氧同位素古温度计重建特提斯洋的东西纬向海温差，并利用复杂地球系统科学模式模拟和沉积学证据互为验证，建立了一个二叠纪末海—气耦合过程的新模型。研究指出二叠纪末期向变率增强的新气候态的转变可能非常迅速，可能发生在2到8千年以内，比海洋大灭绝开始的时间早1到7万年。由于上二叠统海洋动物群保持了多样性，一般认为海相灭绝之前没有发生环境扰动。然而，三分之二的西伯利亚熔岩喷发发生在灭绝之前，与逐渐增强的厄尔尼诺—南方涛动活动相吻合。包括陆地森林退化、经向环流崩溃、海洋浮游生物灭绝和珊瑚礁消亡在内的重大危机都发生在大气二氧化碳分压由410ppm 翻倍至857ppm期间，并且与特提斯赤道纬度海温梯度的下降相吻合。

因此，在二叠纪末的世界中，即使相对较小的温室气体排放和气候变暖也足以使气候进入强厄尔尼诺状态。这导致了低纬度温度和降水的极端化，对陆地生态系统造成了压力。干旱持续时间过长，树木无法存活，这对能够在潮湿时期完成生命周期的植物和昆虫中的机会主义者十分有利。在海洋中，浮游生物群的生命周期为一年以下，它们也受到了严重影响，但海洋生物圈的恢复能力确保了它们的生存，直到它们屈服于逐渐变暖和海洋缺氧。生物量的损失反过来又减少了碳埋藏，促成更暖的温室和更强的厄尔尼诺。

二叠纪末厄尔尼诺3.4指数在不同大气二氧化碳分压强迫下的变化

未来气候变暖是否会持续增强厄尔尼诺—南方涛动的强度和时间目前尚存激烈的争论，但厄尔尼诺经常导致森林退化、珊瑚白化以及鸟类和鱼类大量死亡。在二叠纪末的盘古地球，随着 pCO2 的增加，厄尔尼诺似乎变得越来越强。在2.5亿年前的二叠纪与三叠纪之交，厄尔尼诺-南方涛动随大气二氧化碳上升不断增强，因为厄尔尼诺现象导致海洋生物的灭绝滞后陆地灭绝约1到7万年，这在地质学上是一个很短的时间间隔，但在人类的时间尺度上却是一个令人震惊的时间范围。

本文以古示今，揭示了短尺度的气候变化在气候变暖的大背景下的环境效应被低估，为人类应对更加多变的现代气候变化提供了参考。（编辑 孙彦钦 审稿  陈华文）

论文链接：Sun, Y., Farnsworth, A., Joachimski, M.M., Wignall, P.B., Krystyn, L., Bond, D.P.G., Ravidà, D.C.G., Valdes, P.J., 2024. Mega El Niño instigated the end-Permian mass extinction. Science 385, 1189-1195. DOI: 10.1126/science.ado2030