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汞污染和大规模灭绝:追踪地球火山过去的有毒遗产

2024-05-13科学

新的研究表明,在三叠纪末期大灭绝之后,火山活动造成的汞污染造成了长期的生态干扰和植物压力,持续了一百万年。

大规模洪水玄武岩火山活动与2.01亿年前的三叠纪末大灭绝之间存在广泛接受的联系,表明极端气候变化、臭氧层退化和有毒排放是主要因素。其中,汞因其挥发性和从火山源向全球传播的能力而脱颖而出。最近发表在 【自然通讯】(Nature Communications )上的一项研究提供了令人信服的证据,证明全球变暖和汞污染在火山活动消退后很长一段时间内持续给植物带来压力。

来自Schandelah-1和其他地点的严重畸形和畸形孢子的例子(右上:丹麦的Stenlille核心;左下:德国南部的Pechgraben;右下:英国的Prees-2核心)。蕨类孢子(孢子大小为40-60微米)。图片来源:Sofie Lindström(格陵兰岛和丹麦地质调查局,GEUS,Stenlille)和 Bas van de Schootbrugge

汞污染造成的持续环境压力

来自荷兰、中国、丹麦、英国和捷克共和国的国际科学家团队分析了德国北部的沉积物,这些沉积物跨越了最上三叠纪到下侏罗纪时期。他们发现了大量畸形的蕨类植物孢子,这表明蕨类植物的严重压力可以追溯到2.01亿年前。这些发现表明,与汞污染相关的长期环境压力是大规模灭绝事件后的一个重要因素。

该研究的主要作者、乌得勒支大学的博士生Remco Bos评论说:「在2.01亿年前的沿海泻湖沉积物样本中看到数量和不同类型的畸形蕨类孢子,这确实令人惊讶。这意味着一定有非常多的蕨类植物受到压力。

Phlebopteris fern化石,来自德国南部的Pechgraben。图片来源:Han van Konijnenburg-van Cittert

蕨类植物在灭绝后恢复中的作用

研究表明,蕨类植物取代了广大地区的树木,以应对极端的环境变化,例如热应激和季风降雨增加。尽管森林砍伐大面积,但蕨类植物茁壮成长并适应了环境,对汞表现出独特的耐受性。然而,在灭绝事件发生后长达200万年的时间里,蕨类植物一直受到汞污染的反复压力,影响了它们的孢子发育。

2008年夏季钻探活动期间,位于德国北部下萨克森州布伦瑞克(Braunschweig)附近的Schandelah钻探现场。图片来源:Bas van de Schootbrugge

汞和气候多变的长期影响

博斯和他的团队发现了另外四次高汞浓度的事件发生,这些事件与长偏心率周期相对应,这是地球轨道的一个主要变化。这些时期引发了森林反复的枯死,并允许先锋蕨类植物传播,蕨类植物孢子畸形表明火山活动以外的环境因素(如土壤侵蚀和光化学减少)导致持续的汞中毒。这些发现表明,在最初的火山事件之后,持续了一百万年的复杂而漫长的生态干扰时期。

三叠纪-侏罗纪边界洪水玄武岩喷发示意图。岩浆侵入页岩、煤层和富含有机物的沉积物中,释放出大量的二氧化碳和其他污染物,包括汞。 中间:正常和畸形孢子的例子。右图:Phlebopteris。蕨类植物化石来自德国南部的一个采石场(Pechgraben),最早的侏罗纪。这个位置也已知含有异常的蕨类植物孢子。这些小蕨类植物在灭绝事件的直接后果中很常见。蕨类孢子来自Schandelah-1核心。这些类型的孢子是由Phlebopteris产生的。图片来源:蕨类植物化石(10 x 10 厘米),作者:Han van Konijnenburg-van Cittert;蕨类植物孢子(孢子大小为 40 – 60 微米) 由 Remco Bos