二叠纪—三叠纪大灭绝期间还原氧化边界边缘的可居住性

倚靠边缘的生命

约2.52亿年前，地球经历了已知最严重的一次物种大灭绝：二叠纪末大灭绝，约十分之九的海洋物种消失。本文探讨了一个看似简单但影响深远的问题：当大部分深海缺氧时，是否仍有可供生物呼吸的水体口袋，使海洋生命得以苟延残喘？通过研究今伊朗中部地区古热带海域的地层，作者们探索了某些浅海带如何在全球危机中充当最后避难所。

地球历史上的致命时期

二叠纪末危机由强烈的火山活动推动，尤其是西伯利亚的喷发，释放了大量温室气体。气候迅速变暖；赤道海域的表层水温升高到许多生物难以承受的范围。增温促进了海洋分层，使表层水与深层水隔离，并在深部广泛导致缺氧。许多研究者将其描绘为近乎全球性的“死亡之海”，但计算机模型和部分化石证据表明情形更为零散，部分区域和某些水深仍可能维持适合生存的条件。

解读古热带大陆架的岩石记录

为检验这一假设，研究团队关注了形成于特提斯洋边缘赤道附近、广阔热带大陆架上的两个地层剖面：Abadeh和Baghuk。这些地点独特之处在于沉积物在灭绝间隔期连续堆积，保存了详尽而非断续的记录。岩层包括晚二叠世富含化石的白垩灰岩、由微生物群落构建的奇特结节状灰岩结构，以及覆盖其上的最早三叠纪的薄层灰岩和黑色页岩。通过结合野外观察、化石组成以及多种化学元素与同位素的测定，研究者重建了古海中氧与营养物质随时间的变化。

指示隐匿可呼吸水体的化学线索

岩石中的某些元素如同古海环境的追踪器。非常低的铀和钼含量，伴随较高的钍/铀比值，指示这些地点在晚二叠世时海水为良好通氧条件。相同的模式跨越灭绝层并贯穿微生物灰岩与黑页岩，表明即便全球深海失氧，海底上方的浅水水柱通常仍然含氧。与此同时，与生物生产力相关的元素如镍、锌和磷在主要灭绝高峰之前急剧下降。这表明局部生产力下降——因此产生并耗氧的有机残骸减少——帮助水体在全球环境压力下仍保持可呼吸。

一个移动的无形边界

锰提供了最具揭示力的信号之一。锰在富氧与缺氧水体中的行为不同。两处剖面在灭绝间隔附近都显示出锰含量的强烈峰值。该模式符合这样一种情景：锰在缺氧的深水中溶解，上升至遇到含氧的表层水时氧化成固体颗粒下沉。这些富集表明氧贫与氧富水层之间的无形边界反复上下移动，有时侵入浅大陆架但从未永久驻留。换言之，中部特提斯大陆架处在一个移动的氧化还原边界的边缘——致命与可生存条件之间的动态前沿。

微小的氧气工厂与搅动的海水

研究还考察了这些岌岌可危避难所的供氧来源。两类主要来源最可能：一是与大气的直接混合，尤其是在受波浪搅动的浅水区；二是由构建微生物岩体的光合微生物提供的局部产氧。岩石中的化石与结构显示多样的底栖动物在这些微生物丘之间及内部生活，表明至少存在短暂的宜居窗。然而，现代微生物被通常只使周围水体的很薄一层增氧，因此作者认为风浪促进的气–海交换很可能与微生物活动一道，扮演了重要角色。

对承受压力生物的意义

综合证据表明，即便在地球有史以来最严重的海洋灭绝期间，某些热带浅大陆架大体上仍保持含氧，尽管反复受到来自缺氧深水的入侵威胁。较低的生产力降低了耗氧需求，而与大气的混合和局部光合作用则维持了表层水的氧供。这些区域为依赖氧气的生物提供了稀有的避难所，尽管快速移动的边界和化学压力对生物多样性造成了严重冲击。这项工作强调，过去的大灭绝并未造成均一的死亡之海；相反，它们形成了敌对深处与脆弱避风港并存的拼图——这一格局对于理解今天生命如何应对严重环境变化至关重要。

引用: Bagherpour, B., Ardakani, O.H., Herwartz, D. et al. Habitability at the edge of the redox boundary during the Permian–Triassic mass extinction. Sci Rep 16, 12469 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47893-w

关键词: 二叠纪三叠纪灭绝, 海洋含氧量, 特提斯洋, 浅海避难所, 大灭绝