生物大滅絕后，湖泊生態(tài)恢復(fù)需要多少年？

剖面產(chǎn)出的各類代表性化石。A-C, 魚糞；D-E，魚糞切片；F和G，甲蟲；H，魚；I，介形蟲；J，鱟蟲。受訪者供圖

假如地球上演生物大滅絕，湖泊和陸地生態(tài)系統(tǒng)需要多久才能恢復(fù)？

假如這個問題讓人難以回答，不妨把目光回溯到2.52億年前。

那時，二疊紀(jì)末期的地球發(fā)生了顯生宙最大的生物滅絕事件，引發(fā)了嚴(yán)重的海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)危機(jī)，約75％的陸地生物物種消失。

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研團(tuán)隊(duì)最新的研究發(fā)現(xiàn)，二疊紀(jì)末大滅絕之后，湖泊和森林生態(tài)系統(tǒng)可能需要1000萬年才能明顯恢復(fù)，相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《地質(zhì)學(xué)》。

鄂爾多斯盆地下埋藏遠(yuǎn)古湖泊

中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所現(xiàn)代陸地生態(tài)系統(tǒng)起源與早期演化課題組的研究生趙向東和鄭大燃博士在王博研究員和張海春研究員的指導(dǎo)下，與長慶油田解古巍工程師等合作，對鄂爾多斯盆地的中三疊統(tǒng)湖相沉積地層進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

他們在鄂爾多斯盆地南緣三條富含油頁巖和凝灰?guī)r的剖面（霸王莊、馬莊和衣食村）進(jìn)行了高精度的地層學(xué)、沉積學(xué)和古生物學(xué)研究，并對剖面中的火山灰、凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖進(jìn)行了鋯石鈾-鉛定年，最終將湖相油頁巖底部年齡卡定在242百萬年左右，歸于中三疊統(tǒng)銅川組。這套油頁巖是二疊紀(jì)末大滅絕之后已知最早的深湖相沉積，比之前的記錄向前推進(jìn)了500萬年。

研究團(tuán)隊(duì)在銅川組油頁巖中發(fā)現(xiàn)了較豐富的植物、介形蟲、葉肢介、鱟蟲、昆蟲、魚和魚糞等化石。其中最大的螺旋狀魚糞化石長達(dá)77毫米，表明當(dāng)時湖泊中已存在體型較大的捕食性魚類。通過對部分魚糞化石進(jìn)行切片，研究團(tuán)隊(duì)在其中發(fā)現(xiàn)了雙翅目昆蟲的大顎。

化石研究表明，當(dāng)時的湖泊中已經(jīng)出現(xiàn)了復(fù)雜的多層營養(yǎng)級關(guān)系：其中的初級生產(chǎn)者為各種藻類；初級消費(fèi)者主要是以藻類為食的介形蟲和昆蟲等動物；二級消費(fèi)者包括各類水生肉食性昆蟲以及魚類等；頂級消費(fèi)者為大型的捕食性魚類。

這種生態(tài)類型與古生代湖泊中雙翅目幼蟲普遍缺失和水生甲蟲稀少的情況明顯不同，代表了一個典型的中生代湖泊生態(tài)系統(tǒng)。

對三疊紀(jì)早中期湖泊生態(tài)復(fù)蘇模式還知之甚少

在三疊紀(jì)早期，地球仍處于極端的氣候中，陸地和湖泊生態(tài)系統(tǒng)不得不緩慢恢復(fù)。

王博研究員介紹，不同物種復(fù)蘇的時間不同，其中最快的是有孔蟲、菊石和牙形石，經(jīng)歷1至2個百萬年就恢復(fù)至大滅絕前的水平，而海洋造礁生物和陸地森林大約需要長達(dá)1000萬年才能完成恢復(fù)，比孢粉學(xué)數(shù)據(jù)推斷出的植物群落的恢復(fù)時間要長得多。

由于三疊紀(jì)早、中期深湖相沉積地層和化石記錄較為缺乏，科學(xué)家對于湖泊生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)蘇模式和時間了解較少。

從目前的地質(zhì)勘探資料來看，在三疊紀(jì)最初的1000萬年內(nèi)，世界各地的陸相地層中普遍缺失煤層，因此這段時期也被稱為“煤層缺失期”。

“通常認(rèn)為，中三疊世煤層的再次出現(xiàn)代表了大滅絕后森林生態(tài)系統(tǒng)的明顯恢復(fù)?！蓖醪┭芯繂T說。

在鄂爾多斯盆地，已知最古老的三疊世煤層產(chǎn)出自二馬營組的最上部，其年齡略老于銅川組油頁巖的年齡。研究結(jié)果表明復(fù)雜湖泊生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)蘇與“煤層缺失期”的結(jié)束時間相吻合，表明湖泊和森林生態(tài)系統(tǒng)可能通過生物、物理和化學(xué)等作用緊密聯(lián)系在一起。

研究人員認(rèn)為，早三疊世炎熱的氣候會限制湖泊中的溶解氧含量，從而阻礙了生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)蘇。然而，在安尼期海洋中碳埋藏的大量增加可能會導(dǎo)致大氣二氧化碳含量下降和全球降溫，從而改善了湖泊的生態(tài)條件。此外，火山灰給湖泊帶入豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可能顯著提高了鄂爾多斯盆地古湖泊的初級生產(chǎn)力。因此，全球溫度降低和火山灰養(yǎng)分輸入可能共同促進(jìn)了鄂爾多斯盆地古湖泊生態(tài)系統(tǒng)的繁盛。

同時，該研究層位也是長慶油田的重要產(chǎn)油層，同位素年代學(xué)和地層學(xué)的研究結(jié)果也為精時地層對比和油氣資源勘探提供了新的定年和化石證據(jù)。