研究人员观察并讨论取自巴肯页岩地层的岩石样本。Credit: Alan Jay Kaufman

神奇的地球uux.cn据美国物理学家组织网 by University of Maryland：巴肯页岩地层是加拿大和北达科他州部分地区下方的一个20万平方英里的页岩矿床，70年来为北美提供了数十亿桶石油和天然气。一项新的发现表明，这些岩石也为了解地球复杂的地质古代打开了一扇独特的信息之窗。

一个由马里兰大学、乔治梅森大学和挪威石油天然气公司Equinor的地质学家组成的研究小组开发了一个新的框架，用于分析从地层岩石中提取的古物种和物种地球化学数据。

利用这种技术，该团队确定了近3.5亿年前泥盆纪晚期几次密集物种危机的重要触发因素:euxinia，或大型水体中氧气的消耗和硫化氢的膨胀。该团队的发现发表在2023年3月8日的《自然》杂志上，证明了海平面、气候、海洋化学和物种破坏之间的联系。

“这是首次，我们可以指出一种特定的杀伤机制，这种机制是泥盆纪晚期一系列重大物种干扰的真相，”UMD地质学教授艾伦·杰伊·考夫曼说，他是该论文的高级作者。“以前也有过其他可能是由硫化氢膨胀引起的大灭绝，但没有人在地球古代的这样一个关键时期如此彻底地研究过这种死亡机制的影响。”

根据考夫曼的说法，泥盆纪晚期是一场“完美风暴”,它对地球的今天起了巨大的作用。维管植物和树木对这一过程尤其主要；当它们在陆地上扩张时，植物稳定了土壤结构，帮助将营养物质扩散到海洋中，并向大气中添加氧气和水蒸气，同时吸收二氧化碳。

“能够进行光合作用和蒸腾作用的陆生植物的引入刺激了水文循环，正如我们今天所知，这启动了地球对更复杂生命的能力，”考夫曼说。

泥盆纪大约在巴肯沉积物堆积的同时结束，这使得富含有机物的页岩层能够“记录”那里发生的环境条件。因为地球大陆在那段时间被淹没，包括黑色页岩在内的各种沉积物逐渐积累在内陆海中，这些内陆海形成于像威利斯顿盆地这样的地质凹陷中，保存了巴肯地层。

本科生实验室助理Tytrice Faison在参加了Carillon Communities living-learning program的课程后加入了Kaufman的实验室，他准备并分析了从地层中采集的100多个页岩和碳酸盐样本。

在分析了样本之后，考夫曼、费森和巴肯团队的其他成员破译了代表三次关键物种危机的清晰沉积层，这三次物种危机被称为Annulata、Dasberg和Hangenberg事件，最终一次危机与地球古代上最大的一次大灭绝有关。

“我们可以看到以黑色页岩和其他地球化学沉积物为明显标志的缺氧事件，这可能与海平面的一系列快速上升有关，”考夫曼解释说。“我们怀疑海平面可能在脉冲事件期间上升，因为此时南极洲周围的冰盖正在融化。”

更高的海平面会导致内部大陆边缘或海洋和大陆地壳之间的过渡区域被淹没。在这种环境下，磷和氮等高含量的营养物质可能会引发藻类大量生殖，从而在大片水域中形成低氧区。

这些区域反过来会增加有毒的硫化氢，而这些地方正是大多数海洋动物生活的地方。在这种情况下，海洋和海岸线周围陆地上的动物可能会在这些晚泥盆世事件中死亡。

该团队的研究并不局限于几亿年前的全球物种混乱。考夫曼认为，他们的发现不仅适用于泥盆纪的内陆浅海，或许也适用于今天受全球变暖影响的海洋。他将海洋的循环系统比作一条“传送带”，将营养物质、氧气和微物种从一个地方运送到另一个地方。

“冰冷的咸水在下沉之前在北大西洋区域形成，最后流向印度洋和太平洋，在全球循环。这种海洋喷射流有助于在海洋中传播维持生命的氧气，”考夫曼解释道。“如果这条传送带因全球变暖而变慢，部分海洋可能会缺氧，并可能变得缺氧。”

他补充说，全球变暖造成的附带损害可能会促使动物移出死亡区，或使地球走上多样性减少和灭绝速度加快的道路。

考夫曼说:“我们的研究有助于我们理解地球在从一个我们今天不认识的世界向一个我们会更熟悉的世界的关键转变过程中的一些成长的烦恼。”“它提供了一种杀死机制的证据，这种机制可能是过去发生的许多大灭绝的普遍机制，但也解释了美国石油和天然气的一个重要来源的起源。”