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汞汙染和大規模滅絕:追蹤地球火山過去的有毒遺產

2024-05-13科學

新的研究表明,在三疊紀末期大滅絕之後,火山活動造成的汞汙染造成了長期的生態幹擾和植物壓力,持續了一百萬年。

大規模洪水玄武巖火山活動與2.01億年前的三疊紀末大滅絕之間存在廣泛接受的聯系,表明極端氣候變遷、臭氧層退化和有毒排放是主要因素。其中,汞因其揮發性和從火山源向全球傳播的能力而脫穎而出。最近發表在 【自然通訊】(Nature Communications )上的一項研究提供了令人信服的證據,證明全球暖化和汞汙染在火山活動消退後很長一段時間內持續給植物帶來壓力。

來自Schandelah-1和其他地點的嚴重畸形和畸形孢子的例子(右上:丹麥的Stenlille核心;左下:德國南部的Pechgraben;右下:英國的Prees-2核心)。蕨類孢子(孢子大小為40-60微米)。圖片來源:Sofie Lindström(格陵蘭島和丹麥地質調查局,GEUS,Stenlille)和 Bas van de Schootbrugge

汞汙染造成的持續環境壓力

來自荷蘭、中國、丹麥、英國和捷克共和國的國際科學家團隊分析了德國北部的沈積物,這些沈積物跨越了最上三疊紀到下侏羅紀時期。他們發現了大量畸形的蕨類植物孢子,這表明蕨類植物的嚴重壓力可以追溯到2.01億年前。這些發現表明,與汞汙染相關的長期環境壓力是大規模滅絕事件後的一個重要因素。

該研究的主要作者、烏德勒支大學的博士生Remco Bos評論說:「在2.01億年前的沿海瀉湖沈積物樣本中看到數量和不同類別的畸形蕨類孢子,這確實令人驚訝。這意味著一定有非常多的蕨類植物受到壓力。

Phlebopteris fern化石,來自德國南部的Pechgraben。圖片來源:Han van Konijnenburg-van Cittert

蕨類植物在滅絕後恢復中的作用

研究表明,蕨類植物取代了廣大地區的樹木,以應對極端的環境變化,例如熱應激和季風降雨增加。盡管森林砍伐大面積,但蕨類植物茁壯成長並適應了環境,對汞表現出獨特的耐受性。然而,在滅絕事件發生後長達200萬年的時間裏,蕨類植物一直受到汞汙染的反復壓力,影響了它們的孢子發育。

2008年夏季鉆探活動期間,位於德國北部下薩克森州布倫瑞克(Braunschweig)附近的Schandelah鉆探現場。圖片來源:Bas van de Schootbrugge

汞和氣候多變的長期影響

博斯和他的團隊發現了另外四次高汞濃度的事件發生,這些事件與長偏心率周期相對應,這是地球軌域的一個主要變化。這些時期引發了森林反復的枯死,並允許先鋒蕨類植物傳播,蕨類植物孢子畸形表明火山活動以外的環境因素(如土壤侵蝕和光化學減少)導致持續的汞中毒。這些發現表明,在最初的火山事件之後,持續了一百萬年的復雜而漫長的生態幹擾時期。

三疊紀-侏羅紀邊界洪水玄武巖噴發示意圖。巖漿侵入頁巖、煤層和富含有機物的沈積物中,釋放出大量的二氧化碳和其他汙染物,包括汞。 中間:正常和畸形孢子的例子。右圖:Phlebopteris。蕨類植物化石來自德國南部的一個采石場(Pechgraben),最早的侏羅紀。這個位置也已知含有異常的蕨類植物孢子。這些小蕨類植物在滅絕事件的直接後果中很常見。蕨類孢子來自Schandelah-1核心。這些類別的孢子是由Phlebopteris產生的。圖片來源:蕨類植物化石(10 x 10 厘米),作者:Han van Konijnenburg-van Cittert;蕨類植物孢子(孢子大小為 40 – 60 微米) 由 Remco Bos