南京古生物所发现埃迪卡拉纪仍存在海水分层和间歇氧化

摘要: 　　大气含氧量的增加和古海洋的氧化与早期生命起源和多细胞生物演化联系密切。地质历史时期公认的大氧化事件有两次：第一次大气游离氧的显著增加发生在约24亿年前，被称为大氧化事件（Great Oxygenation Event）。 ...

　　大气含氧量的增加和古海洋的氧化与早期生命起源和多细胞生物演化联系密切。地质历史时期公认的大氧化事件有两次：第一次大气游离氧的显著增加发生在约24亿年前，被称为大氧化事件（Great Oxygenation Event）。第二次氧化事件发生在新元古代的晚期（约8-5.4亿年前），称为新元古代氧化事件（Neoproterozoic Oxygenation Event），大气含氧量继续增加，陆源氧化离子持续输入海洋，致使底层海水溶解性有机质氧化，从而促使缺氧的底层海水发生氧化，为动物的出现扫除最终障碍。
　　新元古代氧化事件与全球性冰期后多细胞生物的早期辐射紧密相关。近期，有些学者认为早在中元古代大气含氧量就可以满足动物基本的新陈代谢，而动物却出现在新元古代的晚期，动物的出现可能与大气含氧量没有必然关系，与之相反，可能是因为动物的出现改变了海洋生态结构，致使表层海水需氧负担降低，最终促使了古海洋深层海水的氧化。
　　以上问题的解决需要对新元古代氧化事件特别是新元古代晚期深层海水的氧化过程了解清楚。我国华南扬子地台发育完整的埃迪卡拉纪沉积地层，一直是学习新元古代晚期古海洋环境的理想地区。但以前的学习多集中于以湖北峡东地区为代表的浅水台地相，而忽略了能够真实反映深海环境变化的深水相地层。另外，也不足对古海洋环境氧化还原梯度时空差异的深入探讨。
　　近期，中国科学院南京地质古生物学习所副学习员王伟和学习员周传明等人利用安徽南部埃迪卡拉纪深水相岩芯剖面，综合分析了埃迪卡拉纪早中期深水区海洋沉积物的高分辨率无机碳（δ13Ccarb）、有机碳（δ13Corg）、氧（δ18Ocarb）、硫酸盐中的硫（δ34SCAS）、黄铁矿中的硫（δ34Spyr）、沉积物中的氮（δ15Nsed）等稳定同位素的协同变化特征，并与峡东地区浅水相地层分析结果进行了详细的时间和空间上的对比。结果表明，埃迪卡拉纪整个陡山沱期的深水区仍处在动荡的氧化还原环境中，硫化与氧化环境交替出现。该地区以大型藻类和动物化石为代表的“蓝田生物群”生活在间歇的氧化环境中，而被保存于硫化的环境中，埋葬学和生态学特征决定了化石在沉积地层中的分布。稳定同位素数值的空间对比表明，与含氧量较高的浅水区不同，冰期结束后埃迪卡拉纪早期深水区很可能主要处在硫化的环境中，海水在空间上仍然处在分层状态。学习结果还表明发生在埃迪卡拉纪中期最大的碳同位素负漂移事件（EN3）在华南扬子地台的深水相地层中也具有很好的可对比性，但与浅水相地层对比显示存在超过10‰的碳同位素组成梯度。模型计算显示这种高梯度的碳同位素组成差异，很可能因为在深水区碳酸盐岩的形成过程中掺杂了较多亏损的碳同位素成分，并不是真实反映当时的海水分层情况。
　　该项工作首次对华南扬子台地深水相沉积地层进行了高分辨率的综合同位素分析，所采集的180米厚岩芯柱涵盖了马林诺冰期（Marinoan glaciation）结束后埃迪卡拉纪中早期约八千万年的沉积时间，也涵盖了“蓝田生物群”在该地区的产出层位。文章于2017年1月在线发表在国际地学期刊Geobiology上。此项学习得到中科院、国家自然科学基金委和江苏省自然科学基金的资助。
　　论文信息：Wang W， Guan C， Zhou C， Peng Y， Pratt L M， Chen X， Chen L， Chen Z， Yuan X， Xiao S. Integrated carbon， sulfur， and nitrogen isotope chemostratigraphy of the Ediacaran Lantian Formation in South China: Spatial gradient， ocean redox oscillation， and fossil distribution. Geobiology. 2017. doi: 10.1111/gbi.12226.
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