研究表明6億年前海洋深處有氧氣 相關研究成果近日在線發表于《地質學》

如果沒有氧氣供給，人類會窒息而亡。復雜多細胞生物的生存和繁衍也離不開氧氣。埃迪卡拉紀古海洋孕育了地球上最早的復雜多細胞宏體生物，其深層海水是否含有氧氣?中科院南京地質古生物研究所(以下簡稱南京古生物所)等單位開展研究，為揭示當時海洋的氧化狀態提供了新證據。相關研究成果近日在線發表于《地質學》。

距今6.35億至5.38億年前的埃迪卡拉紀是地球生命演化的關鍵轉折時期。該時期地層中產出了大量由復雜多細胞生命組成的化石生物群，如華南揚子地臺的藍田生物群、甕安生物群、廟河生物群及石板灘生物群等。復雜多細胞生物的出現表明當時海洋環境中含氧量增加，但一些研究卻認為晚期埃迪卡拉紀海洋的深水區大部分時間仍處于還原缺氧狀態。

為此，南京古生物所研究員王偉、碩士研究生胡永亮、助理研究員關成國、研究員周傳明等與中科院地質與地球物理研究所科研人員及國外學者合作，利用黃鐵礦硫同位素原位微區分析方法，并結合巖石學和礦物學分析，揭示了埃迪卡拉紀古海洋中的硫酸根庫容量比先前估計的高，表明在埃迪卡拉紀早期深層海水可能已經開始大規模氧化。

地質歷史時期古海洋環境重建多借助于地球化學手段，硫同位素是最常用的指標之一。王偉告訴《中國科學報》：“我們的研究發現全巖硫同位素指標在古環境重建中存在一定的局限性，并提供了相應的解決方案。”

在大氣含氧量普遍較低的情況下，陸源硫酸根離子是海洋的重要氧化劑，對古海洋深水區的氧化起到關鍵性作用。在硫酸鹽還原細菌作用下，硫酸根與有機質發生氧化還原反應，硫同位素在氧化態(硫酸根)和還原態(例如黃鐵礦)中發生同位素分餾。盡管引發硫同位素分餾的因素很多，但其分餾程度常用來反推地質歷史時期海洋環境中的硫酸根濃度和古海洋的氧化能力。

埃迪卡拉紀沉積地層中的硫同位素組成較為復雜。以往傳統硫同位素方法的應用多采取全巖分析手段，缺乏系統的巖石學和礦物學分析，并未充分考慮沉積硫化物(例如黃鐵礦)形成過程及后期成巖作用的復雜性。王偉說：“早期的方法有可能導致提取的古海水中的同位素信號疊加了其他介質(例如孔隙水、成巖后期的地下水體)信號，致使我們對當時海洋水體的氧化還原狀態的認識產生偏差。”

為解決以上問題，研究團隊以埃迪卡拉紀深水相藍田巖芯樣品為研究對象，系統分析了埃迪卡拉紀藍田組硫同位素組成復雜變化的原因，并評估了全巖硫同位素方法恢復地質歷史時期古海洋環境的可靠性。連續、完整、新鮮的巖芯樣品，為進行系統可靠的巖石學和礦物學觀察以及地球化學分析提供了有力保障。

研究表明，形成于開放水體環境、未經成巖作用改造的草莓狀黃鐵礦的硫同位素組成最有可能代表底層水體的同位素分餾狀態，可以作為恢復古海洋氧化還原條件的研究載體。

研究團隊還基于硫循環模型，估算了埃迪卡拉紀硫酸根濃度，認為以往基于全巖硫同位素的研究很可能嚴重低估了這一時期海洋中的硫酸根濃度及其海洋氧化能力，推測埃迪卡拉紀硫酸根庫容量可能已經足夠滿足深層海水的氧化，從而為復雜多細胞生命的發展提供了保障。(記者沈春蕾)