古气候变率控制晚奥陶世生物大灭绝节奏

长期以来备受地球科学界和公众关注的显生宙五次生物大灭绝事件中，晚奥陶世生物大灭绝（Late Ordovician Mass Extinction, LOME）是最早发生的一次，其灭绝过程和机制一直是地球科学领域的研究热点。传统观点认为，LOME可能持续了1~2百万年；随着技术的发展，近年来一些学者（如 Ling et al., 2019）根据高精度定年结果提出，LOME可能只持续了几十万年。在生物-环境演化模式上，这次灭绝表现出明显的两阶段性：第一阶段与全球气候骤冷及赫南特冰期的迅速扩张相一致；第二阶段则出现在冰期结束后，伴随着全球快速升温。虽然灭绝阶段与气候变化在时间上高度吻合，由于缺乏可靠的高精度年代学约束，灭绝发生的精确时间、持续多久以及节奏如何，至今仍难以准确确定，这制约了我们理解当时的气候剧变究竟是如何控制生物大灭绝进程的。

为破解这一科学难题，中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士研究团队和中国科学院南京地质古生物研究所戎嘉余院士研究团队，联合国内外多学科科研人员，对我国华南扬子板块的全球上奥陶统赫南特阶底界“金钉子”剖面（湖北宜昌王家湾北剖面）等多个奥陶纪—志留纪过渡地层剖面开展了高精度锆石U-Pb年代学研究（图1），并结合生物地层、碳同位素化学地层和生物多样性数据，研究了晚奥陶世生物大灭绝事件发生的时间和节奏（图2）。该研究团队精确确定凯迪阶-赫南特阶界线（442.65 +0.17/-0.23 Ma）和奥陶系-志留系界线（442.33 +0.34/-0.33 Ma）的绝对年龄，将赫南特期的持续时限缩短至约32万年，这为修订国际地质年表提供了关键数据。

基于上述精确的年代学框架，研究团队进一步确定了晚奥陶世生物大灭绝事件起始于442.76 +0.35/-0.22 Ma（ 约4.428亿年前），持续了约40万年，并呈现出明显的两阶段模式。第一阶段持续约34万年，期间全球气候从温室状态过渡至赫南特冰期，降温幅度达到9°C，平均降温速率为2.6°C/十万年，平均物种相对灭绝速率为8.4%/十万年；第二阶段持续约6万年，全球气候迅速由冰室状态转变为温室状态，平均升温速率高达12.2°C/十万年，物种相对灭绝的平均速率急剧上升至71.6%/十万年（图2）。分析表明，物种相对灭绝速率与温度变化速率之间存在显著相关性，定量揭示了气候变率对晚奥陶世生物大灭绝事件节奏的控制作用。相关成果于北京时间5月31日发表于国际权威期刊《科学进展》（Science Advances）。

本研究精确构建了晚奥陶世生物大灭绝事件的绝对时间框架，不仅重新界定了这次灭绝事件的起始时间、持续时限和两阶段特征，而且揭示了剧烈气候波动在生物大灭绝中扮演的关键推手（图2），为理解地球历史上气候变化速率如何影响生物多样性提供了新视角。

本研究获得中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金及英国自然环境研究理事会等项目的联合资助。

论文相关信息：Zhang Z (张竹桐), Yang C* (杨传), Sahy D., Zhan R (詹仁斌), Wu R (吴荣昌), Li Y (李扬), Deng Y (邓怡颖), Huang B (黄冰), Condon D., Rong J (戎嘉余), Li X* (李献华), Tempo of the Late Ordovician mass extinction controlled by the rate of climate change. Science Advances, 2025, https://doi.org/10.1126/sciadv.adv6788.

图1扬子板块晚奥陶世古地理图及奥陶纪-志留纪过渡地层代表性剖面

图2. 奥陶纪-志留纪过渡期精细时间标尺及生物多样性、古温度、大气CO2和碳同位素变化示意图