近日，国际地学TOP期刊《Global and Planetary Change》发表了题为“Climatic-oceanic destabilization facilitated the euxinic expansion in the early Cambrian oceans”的研究成果。中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室博士生曹光耀为论文第一作者，赵彦彦教授为论文通讯作者，成都理工大学沉积地质研究院刘宇副教授为论文共同通讯作者。合作作者包括研究团队李三忠教授、刘鹏副教授、李东永工程师、张洋工程师、刘盛博士等。

生命的起源与演化一直以来都是地球科学领域研究的前沿和热点。早期生命起源于海洋，海洋氧化还原条件（海洋溶解氧含量）的变化是地质历史时期海洋最显著的环境变化之一，并且深刻影响着真核生物的生存与演化。寒武纪早期（~539-514 Ma）是地质历史时期环境与生命协同演化的关键时期，见证了真核多细胞生物的辐射及后生动物的繁盛（即“寒武纪生命大爆发”），同时伴随着显著的海洋氧化还原波动和碳-硫循环扰动。然而，针对这一时期海洋氧化还原条件的演化及驱动机制，特别是与气候条件之间潜在的耦合关联尚不明确，这限制了我们对这一关键生命演化期环境与生命协同演化的认识。

针对上述科学问题，研究团队选取华南地区下寒武统筇竹寺组页岩为研究对象（图1），综合利用Li-Zn 同位素体系（δ⁷Li-δ⁶⁶Zn）及其他多指标地球化学分析（图 2），同时结合前人报道的华南多地区的地球化学记录（图3和图4），系统揭示了寒武纪早期气候-海洋环境（氧化还原条件、海水环流、营养盐供应等）之间多方面的反馈机制，主要取得以下认识：

（1）寒武纪早期扬子海（南华盆地）存在高度动态的氧化还原演化：空间上，在分层海洋结构下，深水环境长期处于缺氧条件（缺氧铁化或硫化），缺氧硫化水体（含游离态的H₂S）在第二期中期（ca. 526 Ma）大规模扩张至浅水陆架和透光层（即“透光层硫化”）；时间上，浅水环境存在渐进式氧化进程，表现为强烈缺氧硫化-间歇性硫化-氧化的阶段性转变（ca. 526-518 Ma）。这种动态的海洋氧化还原演化与冷室条件下活跃的海水循环、高的初级生产力和碳埋藏密切相关。

（2）开放海深水上涌（上升流）解耦了扬子海浅水和深水的氧化还原演化。第二期中期-第三期早期（ca. 526-518 Ma），在陆源风化受限的条件下，由上升流引起的高生产力和开放海硫酸盐的涌入，导致了扬子海大规模的底水硫化扩张。然而，硫化海底的建立引起了活跃的磷的再循环，进一步刺激了初级生产力，提高了有机碳的埋藏，这可能形成了对上层海水氧化的正反馈。第三期中-晚期（ca. 518-514 Ma），由高生产力引起的海洋氧化可能进一步得到延续，这与同期加强的陆源风化有关。研究认为区域缺氧加剧与扩张的全球海洋氧化并不矛盾，二者而是呈耦合关系。

（3）筇竹寺组底部黑色页岩接近于现代深海较高的δ⁶⁶Zn值（高达0.61 ‰）记录了同时期海水较重的Zn同位素组成，暗示了全球海洋大规模有机碳埋藏。研究认为这种由气候条件引起的活跃的海水循环、高生产力、动态的氧化还原演化和有机碳埋藏并非华南独有，可能具有更加广泛的全球意义。

该研究揭示了一个冷室条件下碳埋藏的典型案例，与其相关的气候-环境因素（包括活跃的海水循环、高生产力、海洋硫化）为小壳动物群的灭绝提高了更加全面的环境背景。这不同于一些温室条件下发生的生物灭绝事件（如二叠纪末生物大灭绝、古新世-始新世极热事件等），其主要伴随强烈的海水分层和碳释放等。此外，研究强调了区域底水硫化对上层海水氧化的重要性，证实了高生产力驱动的有机碳埋藏与海洋氧化之间的关键联系，为系统理解寒武纪早期非均质的海水化学演化提供了新的数据支撑。

图1 （A）寒武纪早期全球古地理背景；（B）华南古地理背景；（C）华南成冰系-埃迪卡拉系沉积地层演化序列；（D）筇竹寺组岩性柱状图

图2 下寒武统筇竹寺组页岩地球化学指标

图 3 寒武纪早期扬子海浅水-深水氧化还原条件时空演化

图 4 下寒武统黑色页岩Mo、TOC平均含量空间分布

图5 寒武纪第二期中期-第三期（~526-514 Ma）华南扬子地台海洋氧化还原演化模式图

Cao, G.Y., Liu, S., Liu, P., Zhao, Y.Y., Liu, Y., Li, D.Y., Guo, X.Q., Zhang, Y., Yang, L., Zhang, Z.S., Zhang, G.L., Xiang, B., Li, S.Z., 2025. Climatic-oceanic destabilization facilitated the euxinic expansion in the early Cambrian oceans. Glob. Planet. Chang. 253, 104925.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104925