宾夕法尼亚亚纪中晚期气候转型与生物事件
晚古生代大冰期（Late Palaeozoic Ice Age, LPIA, ~ 360–260 Ma）发生于石炭纪早期至中二叠世晚期，是地球显生宙以来持续时间最长，规模最大的多幕式冰期事件，影响了整个地球的大气圈组成、海洋环境和海陆生物多样性的变化。宾夕法尼亚亚纪中晚期（~ 307–303.7 Ma）作为LPIA的关键气候转型期，见证了冈瓦纳冰盖的阶段性消融与海平面剧烈波动，发生了“晚迪莫灭绝事件”, 牙形类 Idiognathodus辐射演化事件和“石炭纪雨林崩溃”事件等生物危机。但由于该时期南方冈瓦纳大陆冰盖不断形成和消融，全球海平面频繁升降，全球缺少的连续沉积地层，生物地层和化学地层等方面研究精度较低，使得这些事件的触发机制和时间尚未得到充分解释，一直以来仍存在广泛的争议。
图1 纳庆、纳饶及上隆剖面的地理位置与古地理背景
针对这一难题，我中心本科生王奕新，博士生叶训焱在胡科毅副教授和王向东教授的指导下，基于华南贵州南部的连续沉积地层，在华南贵州南部的纳庆、上隆和纳绕三条剖面，开展了精细的牙形类生物地层、牙形类锶、氧同位素和全岩碳同位素地层，首次构建了宾夕法尼亚亚纪中晚期高分辨率环境演化模式，揭示了当时气候变暖引发生物危机的关键机制，并为卡西莫夫阶金钉子研究提供了地球化学对比指标。
图2 华南地区与北美地区莫斯科阶–卡西莫夫阶牙形类生物地层对比
图3 纳饶剖面中莫斯科阶–卡西莫夫阶牙形类化石
研究团队在华南贵州三条剖面的莫斯科阶上部至格舍尔阶下部共识别出12个牙形类生物带，基于与北美同期生物地层的对比，限定了宾夕法尼亚亚纪中-晚期生物和环境事件发生的时限。同时，同位素记录揭示了生物和环境共演化的三阶段模式：阶段1（莫斯科晚期）δ18O与δ13C同步负漂指示4-6 ℃升温，促使陆地雨林由湿润型科达木-石松组合（WB 2）向半干旱树蕨群落（WB 3）转变；阶段2（卡西莫夫早期）同位素值持续降低，对应Swadelina和Neognathodus灭绝、雨林干旱化及四足动物多样性骤降，构成最严重灭绝阶段；阶段3（卡西莫夫中期）Idiognathodus辐射演化伴随87Sr/86Sr回升，反映风化作用增强促进海洋生产力恢复。另外，莫斯科阶-卡西莫夫阶界线（MKB）的传统标志种 Swadelina subexcelsa 首现层位（FAD）与δ13C值负漂移对应，而替代标志种 Idiognathodus heckeli 的首现则伴随87Sr/86Sr值显著正偏移，为全球卡西莫夫阶底界的识别提供了化学地层学辅助证据。值得注意的是，研究揭示的升温驱动干旱化路径与当前全球变暖背景下热带雨林的脆弱性具有相似性，可为预测未来生物-气候响应机制和过程提供类比。
本研究于2025年3月发表于国际知名地学期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上，本研究获国家自然科学基金、中国地质调查项目及江苏省国际科技合作计划联合资助。
图4宾夕法尼亚亚纪中晚期生物–环境事件的三阶段模式
论文信息：
Wang, Y.X., Hu, K.Y., Ye, X.Y., Wang, X.D., 2025. The Middle–Late Pennsylvanian event: Timing and mechanisms. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 667, 112893., https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.112893.