科学家记录到大西洋深处发生的“回旋镖地震”的第一个证据(16)

通过与俄罗斯同行合作，该团队于2008年在西伯利亚开展了野外工作，采集了一套珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样品。随后，由来自南京古生物所、南京大学，英国伦敦大学学院、利兹大学、兰卡斯特大学、牛津大学和俄罗斯莫斯科国立大学的科学家组成的中英俄合作团队，在详细的地层学和生物化石多样性演化研究的基础上，对这套样品开展了系统的碳、硫同位素实验分析和数学模型计算，获得了令人兴奋的研究结果。
生物地球化学循环模型计算表明，该地区海水碳、硫同位素在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年期间发生了五次同步变化。当海水碳、硫同位素同步偏重(正异常)时，表明有机碳和黄铁矿埋藏量增加，导致氧气产量的快速增加;当海水碳、硫同位素同步偏轻(负异常)时，表明有机碳和黄铁矿埋藏量减少，导致氧气产氧量的减少。碳、硫同位素变化幅度反映了大气和浅海中氧气含量的变化幅度。而距今5.14 亿年之后碳、硫同位素的不同步变化则反映了海水的普遍缺氧。
综合生物地层资料研究表明，在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年之间的一千万年时间内，也就是寒武纪大爆发的高峰时期，海水碳和硫同位素值发生的同步波动的次数和幅度，与动物化石多样性变化的次数和幅度在时间上高度吻合。而在距今5.14 亿年之后的大约两百万年间，碳和硫同位素之间的变化则是不同步的，碳同位素保持明显的负异常，硫同位素频繁波动。巧合的是这一时间内发生了全球性寒武纪动物群的大灭绝。
这一研究首次采用定量模型论证了动物的寒武纪大爆发的幕式过程受控于大气和海洋的氧气含量变化，而发生在距今5.14 亿年左右的寒武纪动物群大灭绝事件是海水缺氧造成的。
此外，该研究也从实验方法学上证实，碳酸盐岩中微量硫酸盐硫同位素也可以很好地用于示踪古代海水硫的循环。
该研究得到国家自然科学基金(NSFC)与英国环境研究理事会(NERC)共同资助的中英国际合作重点项目(41661134048)和中科院战略先导专项(B)项目(XDB18000000，XDB26000000)的资助。
论文信息：He, T.*, Zhu, M.*, Mills, B. J.W., Wynn, P. M., Zhuravlev, A. Yu., Tostevin, R., Pogge von Strandmann, P. A. E., Yang, A., Poulton, S. W., Shields, G. A.*, 2019. Possible links between extreme oxygen perturbations and the Cambrian radiation of animals. Nature Geoscience, 10.1038/s41561-019-0357-z