初步認識四川廣元上寺二疊系-三疊系生物滅絕事件

趙晗

摘要：二疊-三疊紀生物絕滅事件在地史發展中有著重要作用，滅絕加速了物種的進化和更替。通過對四川廣元上寺剖面的詳細調查研究，發現了四川廣元上寺二疊-三疊系界線上，古生代海生無脊推動物大規模的絕滅，大量的火山灰與灰巖呈一定的韻律排布，還檢測到銥和微量元素的地球化學異常（Ir，達2±0.5ppb），這些證據表明在當時的環境中，產生了諸多變化的因素，可能是火山爆發，也可能是小行星的撞擊，最后產生了生物的大滅絕現象。

關鍵詞：四川廣元；二疊系-三疊系；生物滅絕

通過2015年7- 8月為期一個月的秦嶺周邊的野外地質勘查，但作為研究生一年級的我對四川廣元上寺的二疊-三疊系剖面產生了濃厚的興趣，不僅僅因為構造特征的典型，更多的是因為已經滅絕的化石，這些帶給我的震撼，遠遠大于多年學習的地質知識。在距離上江溝三百米的溝內，發現了大量的生物滅絕的痕跡，足足五米多厚的巖層里密密麻麻的排布著大大小小的化石。于是做了大量的測量記錄，回到學校后，并通過查閱相關文獻，得出以下結果。

地史上任何時期都有一些生物滅絕，某些地質歷史時期，有許多門類近乎同時滅絕，使生物滅絕率突然升高，即集群滅絕。自顯生宙以來（540 Ma左右），地球歷史長河中最為典型的集群絕滅總計有五次，分別是奧陶紀-志留紀之交、晚泥盆世弗拉斯期-法門期之交；二疊紀-三疊紀之交；三疊紀-侏羅紀之交；白堊紀-古近紀之交。其中最重大的便是二疊-三疊系的生物大滅絕[1- 2]，其次是白堊紀-古近紀之交。

引起生物大絕滅事件，大致分為地球成因事件和地外成因事件兩種原因。地球成因事件主要包括火山爆發、板塊運動、大規模海退、地磁場倒轉、溫度變化、缺氧事件等；地外成因事件則主要是小行星撞擊、太陽耀斑、超新星爆發等外力因素。總體來說產生生物大滅絕對于生物除了外在因素外，其內在因素也是肯定存在的。

1上寺上江溝二疊系-三疊系剖面

四川廣元上江溝剖面是我國著名的二疊系-三疊系界線剖面之一，甚至有許多地質學家曾推薦它為國際二疊系-三疊系界線候選層型剖面，這里上古生界和三疊系地層發育完整，是世界范圍內典型的二疊系-三疊系研究剖面（圖1）。剖面位于上寺村北 2 km，川陜公路西側，剖面出露良好，沉積連續。通過測量記錄發現相對應的巖石地層如下：

下三疊統飛仙關組灰色中薄層泥灰巖、泥質白云質灰巖為主，夾泥質白云巖、生物碎屑灰巖；

大隆組：灰色、深灰色燧石結核灰巖、白云質灰巖。底部為灰色、黃灰色頁巖，炭質頁巖；

吳家坪組： 灰色厚層塊狀灰巖，含少量燧石結核。

2小行星碰撞事件造成毀滅性破壞

徐道一等在1983年利用中子活化技術分析了上寺二疊系-三疊系附近粘土巖（層23- 27），在層27頂部發現了富銥層[3] 。在同澳大利亞、意大利、丹麥和西班牙的白堊系-第三系界線附近巖石中REE含量，以及Ni與Ir的比率比較后，他們指出Ni/Ir呈線性分布，同丹麥白堊系-第三系粘土巖一樣，表明可能有小行星的撞擊等地外因素。近年來，關于二疊系三疊系的研究越來越多，隨著生活環境的變化，人們也越來越重視環境因素對人類的影響。周瑤琪等人的諸多研究證據表明，在此段時間內發生過行星碰撞事件，導致了生物的大滅絕。

3多次火山爆發造成生物不適宜生存

在實地剖面測量中，發現在下三疊統飛仙關組巖層內，發現了大量的火山灰，并呈一定的韻律反復出現（如圖3），也稱為凝灰巖，粒徑小于2mm的小火山碎屑物，在此段剖面進行實地勘測時，更多的是對大自然的神奇所感嘆，在漫長的歷史長河中，慢慢的留下了當時的風云變化，如今，我們運用地質知識一點點的去把它解讀出來。

在此段與火山灰互為韻律層的厚薄不一的灰巖組成，由下段的薄層灰巖漸變為上部的厚層、巨厚層灰巖，含礫屑灰巖，生物碎屑灰巖（圖4）。由于多層火山灰的出現，由此可推斷在當時的歷史發展時期，這里的氣候變幻多段，每隔一定的時間，就會發生一次火山噴發，隨之發生沉積剝蝕，一定時間后，再次火山噴發，循環往復。

在此之前，我國許多地質學家對二疊系-三疊系剖面進行過反復研究，認為火山噴發成因的主要如下：殷鴻福等[4]認為二疊紀末期時的火山作用異常活躍，影響面廣泛，并指出中國華南有 17 處P- T“界線粘土”來源于火山灰；王尚彥等[7]通過對黔西地區陸相粘土巖礦物分析，指出粘土中的物質主要為火山爆發產物所至。

4多種成因共同導致生物大滅絕

四川廣元上寺剖面是我國著名的二疊系-三疊系界線剖面之一，其發生的生物大滅絕事件更是引發了國內外大量的地質學家、古生物家進行研究，專門論述二疊系-三疊系界線以及劃分方案，對于此階段內發生的生物演替，更是有細致的研究報告。

作為初級的地質知識入門者，與現階段的現代生物（圖6）相比較，更多的是與現代生物所比較，通過更多的化石去對比分析 ，當時的歷史事件內，發生了怎樣的故事，在長達5m厚（圖7）所對應的歷史時代里到底發生了什么，值得每一個地質人去繼續探索。在此發現的化石大部分為菊石類，屬頭足綱，現代頭足動物都是海生的，此地發現的化石也在海相巖層內。由于個頭較大，也可判斷，在二疊紀末期也是其物種繁盛的時期。

如今二疊系-三疊系界限災變事件的原因有多種。火山爆發與其他星體撞擊是主要的支持論點還，有其他原因也可以導致生物的滅絕。由于相同的證據可能有不同的解釋，如銥異常可以是撞擊體氣體之后的散落物，也可能是火山噴發產物，等等。結束語：如今，再次踏入那片土地，映入眼簾的還是密密麻麻大大小小的生物化石，不可否認的是，在該重大轉折期發生了地球地質歷史上規模最大的，影響最為深遠的生物集群大滅絕事件。對于已經過去的地質歷史時期，我們不能倒回，但是可以通過古今對比得出更多的有價值的結論。不管是火山爆發成因，還是小行星撞擊所至，都已經消失在漫長的過去里，每一個今天，都是下一個歷史，所以要珍惜現在的生活，更要樂觀的面對一切挑戰。

參考文獻

[1] Raup， D.M. Size of the permo-triassic bottleneck and its evolutionary implications [J]. Science， 1979， 206： 217-218

[2] Erwin D. The Permo-Triassic Extinction [J]. Nature， 1994， 367： 231-236

[3] 殷鴻福，黃思驥，張克信，等.華南二疊-三疊紀之交的火山活動及其對生物滅絕的影響[J].地質學報，1989，62（2）：169-181

[4]殷鴻福、徐桂榮、丁梅華，1985，華南古、中生代之交海洋生物界的更替。國際交流地質學術論文集， 195-201頁，地質出版社

[5] 王尚彥，殷鴻福.滇東黔西地區二疊-三疊系界線剖面粘土巖特征[J].中國地質，2002，29（2）：155-160