地空学院沈佳恒课题组揭示大陆侵蚀驱动二叠纪末海洋缺氧与全球变暖滞后效应
发布时间: 2026-07-06 11:17:10
近日，北京大学地球与空间科学学院沈佳恒研究员与合作者美国德州农工大学张爽助理教授等人在二叠纪末生物大灭绝研究中取得重要进展。研究成果以“Erosion-driven delayed warming and marine stress prior to the end-Permian mass extinction”为题，于2026年6月19日发表在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。
距今约2.5亿年前的二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝，是地球显生宙历史上最为严重的生态浩劫。化石记录显示，该灭绝事件存在两幕演化模式，其中发生于二叠纪末的第一幕灭绝，被认为与营养盐输入控制的海洋缺氧密切相关（Shen et al., 2022; Nat. Geosci.)。同时，该时期的地层记录显示，在标志大规模碳释放的碳同位素漂移（Carbon Isotope Excursion, CIE）发生时，全球气温并没有同步上升，变暖较碳释放滞后了约5万年。为了探明早期升温滞后与海洋缺氧的背后驱动机制，研究团队将目光投向了长期被气候模型忽视的关键变量——大陆侵蚀作用。
研究团队构建了磷和锶循环的生物地球化学箱式模型（iLOSCAR），并结合马尔科夫链蒙特卡洛贝叶斯反演框架，定量重建了该时期的大陆侵蚀作用强度。反演结果显示，第一幕大灭绝前夕地表侵蚀程度激增了约2.1倍。强烈的侵蚀作用大幅加速了陆地的硅酸盐风化过程，这不仅直接消耗了大量CO2，也通过向海洋输送营养物质提高了有机碳埋藏量。二者共同构成的碳汇，有效缓冲了早期的碳排放，造成了全球变暖相较碳释放长达5万年的滞后。
侵蚀驱动的变暖延迟与海洋环境压力综合机制示意图
结合地质记录与模型模拟，研究团队系统阐明了第一幕生物大灭绝背后的驱动机制（如图）：西伯利亚大火成岩省（Siberian Traps Large Igneous Province）早期的火山喷发释放出大量有毒气体，导致陆地植被大规模死亡。地表因失去根系保护而触发强烈的地表侵蚀，进而大幅加速了陆地硅酸盐的风化过程。该过程虽有效吸收了早期释放的CO2并延缓了全球升温，但也将大量营养元素（如磷）输送入海，刺激了海洋表层初级生产力的提高。激增的浮游生物在沉降与分解过程中剧烈消耗海水溶解氧，促使海洋快速陷入极端缺氧状态。这种由陆源营养物质输入驱动的海洋缺氧，是导致二叠纪末第一幕生物大灭绝的主要机制。
该研究表明，由植被退化引发的地表侵蚀与风化通量剧变，虽可能在短期内减缓全球变暖，但其同时也会加剧海洋生态系统的缺氧压力，增加未来生态系统崩溃风险。
本研究工作得到了国家自然科学基金项目（42220104003和42488201）的资助。
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