沉积地球化学研究揭示早寒武世海洋氧化的时空非均质性

  

与OAE期间沉积岩及现代地中海腐泥的氮同位素数据对比

环境背景（冰期、大气氧含量、海洋有氧化）与生物多样性的关系

（中国化石网报道）据中国科学院南京地质古生物研究所：寒武纪生物大爆发作为生物进化史上一个里程碑式的事件，实现了许多动物门类从无到有的突破。新元古代晚期出现的第二次大气氧化事件（NOE），在时间上和后生动物的崛起相吻合。因此，许多学者认为寒武纪作为后生动物多样化的鼎盛时期，大气氧含量的迅速上升对生物繁盛有关键的推动作用。但是，为什么生物爆发的主幕相对于这一环境变化有明显滞后呢？海洋作为孕育生命的摇篮，其化学状态的变化对海洋生命产生最直接的影响。所以，海洋氧化进程和大气不同步，可能是生命繁盛滞后于大气氧含量上升的原因。最近，中国科学院南京地质古生物研究所张俊鹏助理研究员、张元动研究员与中国地质大学（北京）的樊太亮教授等合作完成的相关成果，发表于英国学术期刊《科学报告》（Scientific Reports）上。

该研究选取贵州、湖南等地不同沉积相带的下寒武统剖面，通过分析海相泥页岩的氮同位素和主微量元素特征，恢复早寒武世扬子海的海水氧化还原条件的长期演化，并探讨其与生物多样化的关系。通过将δ15N分析结果与地质历史时期主要大洋缺氧事件（OAE）期间的泥页岩以及现代地中海腐泥对比，发现分布规律和成因上具有相似性。因此，早寒武世扬子海很可能与大洋缺氧事件期间的大洋类似，在斜坡带-深水区曾发生化学跃变层（chemocline）上浮，涌入透光层的NH4+被初级生产者吸收，从而在沉积岩中保存δ15N负值（最小可达-6‰）。同时，δ15N发生负漂移的地层同步出现氧化还原敏感元素（Mo、U、V与Cr等）的显著富集。

相关研究表明，尽管早寒武世处于大气氧含量迅速攀升的温室气候期，由于海洋氧化相对于大气氧化的滞后，厌氧海水仍间歇性地出现，甚至一度入侵透光层，对表层海水的生态系统产生重要影响。同时，从化石证据提供的生物多样性数据来看，早寒武世新生动物门类向不同水深生态域的扩张与占领，是伴随着扬子地台从浅水到深水的逐步氧化而实现的。这一推论为探究寒武纪生物大爆发的环境背景机制提供了新的角度和认识。

该成果得到中国科学院战略性先导专项B类、先导专项B类培育项目和国土资源部油气专项的资助。论文部分数据来自张俊鹏博士学位论文。

论文相关信息：Zhang, J.P., Fan, T.L., Zhang, Y.D., Lash, G.G., Li, Y.F., Wu, Y., 2017. Heterogenous oceanic redox conditions through the Ediacaran-Cambrian boundary limited the metazoan zonation. Scientific Reports 7, 8550