精准的时间对限定地质历史时期重大生物和气候事件的发生时间和变率至关重要。打造高精度的地质时间轴需要多学科的综合研究，包括生物地层、旋回地层、磁性地层、化学地层和放射性同位素定年等等。而目前只有放射性同位素定年能够独立于其它方法给出绝对的地质时间，如U-Pb定年和40Ar-39Ar定年。
近日，中国地质大学（武汉）代旭特任教授、宋海军教授团队联合日内瓦大学Maria Ovtcharova研究员等，利用火山灰锆石高精度U-Pb定年技术和最新的统计学方法更新了早三叠世年代地层框架，并在美国科学院院刊《PNAS》上发表了题目为“Geochronology of the Early Triassic based on coupled Bayesian zircon eruption age and Bayesian age-depth models”的研究论文。论文第一作者和通讯作者为代旭特任教授，宋海军教授为共同通讯作者。
图1. 贵州谷脚剖面大冶组底部的一层火山灰（左），火山灰中的锆石阴极发光照片（右）
早三叠世（距今约2.52至2.47亿年）是地球演化历史中的关键时期之一，其处于显生宙最大的生物灭绝事件之后，是生物从残存到复苏的关键时期，同时也是现代类型海洋生态系统崛起的关键时间。此外，早三叠世还伴随着异常的碳循环波动，多次极端高温事件、海洋缺氧事件和酸化事件等。一条可靠的高精度地质时间轴对限定这一系列的生物事件和环境事件发生的时间和速率至关重要。然而，不同方法给出的早三叠世的年代地层框架存在较大争议，如旋回地层估算的印度期的持续时间为1.2、1.6 或2.2百万年。部分早三叠世亚期的界线还缺乏精确时间，如Griesbachian-Dienerian界线。
针对上述问题，研究团队基于我国华南得天独厚的海相下三叠统地质“档案”，其中不仅有完整的沉积记录，高精度的生物地层序列，还有大量火山灰（图1）。因此，为校准早三叠世年代地层框架提供了理想条件。
研究团队利用化学剥蚀同位素稀释热电离质谱方法（Chemical abrasion-Isotope dilution-thermal ioniazaiton mass spectrometry，简称CA-ID-TIMS）对贵州谷脚剖面大冶组四层火山灰锆石进行了分析，然后利用最新的贝叶斯锆石喷发年龄模型（Bayesian zircon eruption age model）对谷脚剖面四层火山灰的喷发时间进行了估算。贝叶斯锆石喷发年龄模型相比于之前常用的加权平均年龄准确度更高。
随后，研究团队利用贝叶斯年龄深度模型（Bayesian age-depth model）建立了谷脚剖面的年代模型，并结合菊石和牙形石生物地层数据，计算出Griesbachian-Dienerian界线年龄为：251.562 +0.090/-0.101百万年前；Induan-Olenekian界线年龄为：250.626 +0.140/-0.214 百万年前。
但是，谷脚剖面不能完全覆盖整个早三叠世。于是，研究团队还整理了浙江煤山剖面，贵州桥孔剖面，广西上岗剖面和猛干剖面的数据。这些剖面同时拥有高精度锆石U-Pb年龄，生物地层和碳同位素数据，且在时间上可以完整覆盖整个早三叠世。前人在这些剖面发表的U-Pb年龄是加权平均年龄。研究团队将喷发年龄模型和年龄深度模型应用到这些剖面，重新解释了之前发表的锆石U-Pb年龄数据，建立了覆盖整个早三叠世的年龄深度模型（图2C）。
图2. 基于火山灰高精度锆石喷发年龄和年龄深度模型（C）更新的早三叠世年代地层框架（A）和碳同位素曲线（B），以及四个早三叠世海相生物群年龄估算（D）。
图3. 基于火山灰高精度锆石喷发年龄和年龄深度模型（A）和基于火山灰高精度锆石加权平均年龄和年龄深度模型（B）与最新国际地层年代表（C）和旋回地层校订的早三叠世年代地层（D）之间的对比。
结合以上各个剖面的年龄深度模型和生物地层，可以估算出早三叠世各个亚期的界线年龄和持续时间（图3）。由于部分界线GSSP还未确立，且生物地层标准存在一定争议，本次研究暂且采取不同的界线标志的中间点来估算界线年龄。随着后续生物地层进一步细化以及GSSP的确立，年龄深度模型可以灵活更新界线年龄。新的年龄深度模型还可以校订早三叠世碳同位素负偏和正偏的时间和速率（图2B），并且为天文调谐研究提供时间锚点。更新后的早三叠世年代地层框架为理解生物复苏和现代类型海洋生态系统的起源提供了很好的时间标尺。如晚Griesbachian的生物复苏时间为二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝后约30万年。贵阳生物群作为现代类型海洋生态系统的代表性生物群之一，出现的时间为2.507亿年前，即二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝后约110万年。
这次研究校订的早三叠世年代地层框架为后续研究早三叠世地球系统演变提供了一个可靠的时间轴。
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2509247122
