南京古生物所發現寒武紀大爆發期間華南未發生大規模氧化事件

寒武紀大爆發自達爾文開始，一直為國際地質學界所聚焦。中國古生物學家自1980年代在雲南帽天山發現澄江動物群後，大量代表性研究成果不斷湧現。與此同時，長期以來，地質學家對地球大氣—海洋系統從地球誕生之初的缺氧環境以怎樣的型式、在什麼時間節點逐漸演進到接近於現代的富氧狀態一直抱有濃厚興趣，並且這被認為是地球早期生命研究中最核心的環境因素之一。

近年來，分別發生於古元古代和新元古代的兩次大氧化事件（GOE-Ⅰ和Ⅱ）逐漸被大家認識和接受。但是，即使經歷這兩次大氧化事件之後，地球海洋—大氣系統的含氧量水平仍與現代值相去甚遠。因此，在新元古代大氧化事件之後，必然還存在著一次或多次大幅度的氧化事件，這些氧化事件是否發生在寒武紀早期，抑或是否發生在恢弘壯麗的寒武紀生物大爆發主幕期間（寒武紀第三階），更或者海洋—大氣含氧量水平是否要接近於現代值海洋生物才能夠實現生物進化上的大突破等，這些科學問題近年來廣為主流學術期刊所關注和討論，但尚無定論。

最近，由中國科學院南京地質古生物研究所助理研究員向雷、副研究員張華、中科院院士沈樹忠等組成的研究團隊，對浙江省西部一口井的鑽芯樣品進行了系統的地球化學分析。所獲得的鐵組分數據顯示，從埃迪卡拉紀藍田組到寒武紀第四階荷塘組自始至終都處於缺氧環境，未反映任何氧化水體。與此同時，該套地層中還發育了3段連續的硫化環境。這套罕見的鐵組分數據代表了前人所未報道過的寒武紀早期中國南方持續性的硫化水體環境。

通過對有機碳含量（TOC）及Mo、U等微量元素的細緻研究發現，在寒武紀大爆發主幕，中國南方海洋並未發生全面氧化。相反，在浙西等地缺氧水體還有一定程度的擴展，而海洋Mo與U含量真正上升到接近於現代值發生在寒武紀大爆發主幕之後（寒武紀第四階）。從而，寒武紀大爆發主幕並未發生大規模的大氣與海洋氧化事件。

考慮到多細胞生物的大爆發確實需要其生存的海洋水體具有一定濃度的溶解氧，並且在經歷了古元古代和新元古代的兩次大的氧化事件之後，在埃迪卡拉紀到寒武紀的期間，海洋的溶解氧（至少是局部地區）在海退事件或風暴事件等的觸發下已經足夠多細胞生物的爆髮式演化。而真正導致寒武紀大爆發的直接或觸發機制還需進一步研究。

該研究成果已在線發表在國際期刊《地球和行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）。該項研究得到了中科院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金委的資助。

論文信息：Xiang, L., Schoepfer, S. D., Shen, S. Z., Cao, C. Q., Zhang, H. *, 2017. Evolution of oceanic molybdenum and uranium reservoir size around the Ediacaran-Cambrian transition: evidence from western Zhejiang, South China. Earth and Planetary Science Letters 464, 84-94.

論文鏈接

該研究所獲取的碳同位素、鐵組分和微量元素數據

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