大约2.5亿年前，在二叠纪末期，最大的灭绝事件发生在地球上，导致海洋中90％以上的生命和陆地上70％以上的生命消失。中国科学技术大学沉延安研究小组以高精度镍（Ni）同位素分析为系统研究加拿大北极地区晚二叠世-早三叠世地层的主要方法，并提出了产生的含镍气溶胶。西伯利亚大火成岩省的爆发使这种新观点成为二叠纪末期生物大灭绝的重要因素。
相关研究结果最近发表在综合性学术期刊《自然通讯》上，标题为“镍同位素将西伯利亚陷阱气溶胶颗粒与二叠纪末期生物灭绝联系起来”。
在对二叠纪末期生物大灭绝的环境和机制的研究中，国内外学者提出了各种各样的观点和认识。 主要驱动因素包括二氧化碳和甲烷等温室气体含量的迅速增加，全球变暖以及海洋短缺，氧气和酸化，富含硫化氢的海水上升，海藻中有毒金属元素的大量富集。在过去的30年中，国内外学者在全球范围内对二叠纪末期大灭绝事件进行了广泛的研究。 人们普遍认为，生命大量灭绝和环境急剧变化的根本原因在于西伯利亚大火成岩省的爆发。 西伯利亚的大火成岩省是地质历史上最大的火成岩省。 它主要由大约3万亿立方米的玄武岩组成，因此其喷发会引起全球大气和环境的剧烈变化。 但是，最近的精确年龄测试表明，西伯利亚的大火成岩省在二叠纪大灭绝结束之前已经爆发了30万年。 因此，大火成岩省爆发和灭绝生命的原因已成为地球生物学领域中一个尚未解决的重要科学问题。
该论文的第一作者，博士后研究员李梦涵说：“我们的研究对象是加拿大北极地区斯维尔德鲁普盆地的布坎南湖部分。 从古地理位置来看，斯维尔德鲁普盆地距西伯利亚大火成岩省约20,000公里，并且位于同一地区。 顺风时，火山喷发的产物可以在约4-8天之内到达盆地，因此，它是研究火山喷发如何驱动二叠纪末期环境变化的理想区域。”在布坎南湖剖面上，发现镍同位素的组成与当时海水中的氧含量和化学组成有很好的相关性（见图）在二叠纪大灭绝视界结束时，镍的含量突然下降从142.8 ppm到36.4 ppm（如图所示），此外，布坎南湖剖面的Ni同位素组成非常轻，这是沉积岩中35亿年来最轻的Ni同位素组成。
该研究认为，西伯利亚大火成岩省的喷发形成了大量的含镍气溶胶，这些气溶胶通过全球大气环流运输到下沉到海洋和陆地。 斯维尔德鲁普盆地的镍同位素组成清楚地记录了从火山喷发，大气传播到海洋化学成分变化的系统过程（下图）。 镍是海洋生物的重要营养元素之一。 因此，含镍气溶胶的大量沉积增加了海洋的初级生产力，同时消耗了海水中的大量氧气。 由它引起的环境后果是海洋的缺氧和酸化。 大量的含镍气溶胶的沉积也会导致陆地生物的生长环境恶化，因为过量的镍不利于植物的光合作用和呼吸作用，限制了植物的生长和多样性，最终导致植物的死亡。 这项研究不仅证明了镍在改变海洋和陆地环境中的重要作用，而且还在西伯利亚火成岩大省的喷发与全球环境变化之间架起了一座桥梁。
沉延安说，在过去的5.4亿年中，地球上发生了五次大规模的灭绝事件。 这项研究是Ni同位素在分析生命灭绝过程中剧烈的环境变化中的首次应用，为了解生命与环境之间的相互作用提供了信息。 这一新观点还将激发国内外学者采用相同的方法，对其他重要的地质和历史过渡时期的生命与环境之间的相互作用进行广泛而深入的研究。
这项研究是由中国国家自然科学基金的创新研究小组和重大项目，高等学校的学科创新和情报引进计划以及中国科学院的前沿科学重点研究计划资助的。
链接到本文：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22066-7