华南寒武纪早期海洋化学状态的时空波动.pdfVIP

中国科学: 地球科学 2014 年 第44 卷 第5 期: 851 ~ 863 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 华南寒武纪早期海洋化学状态的时空波动 * 金承胜, 李超, 彭兴芳, 崔豪, 石炜, 张子虎, 罗根明, 谢树成 中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室, 武汉 430074 * 联系人, E-mail: chaoli@ 收稿日期: 2013-03-14; 接受日期: 2013-06-14; 网络版发表日期: 2014-04-15 国家重大科学研究计划项目(编号: 2013CB955700)、国家重点基础研究发展项目计划(编号: 2011CB808800)、国家自然科学基金项目(批 准号:和教育部新世纪优秀人才支持计划项目(批准号: NCET-11-0724)资助 摘要 继新元古代埃迪卡拉纪真核生物辐射之后, 寒武纪生命大爆发建立了现今动物 关键词 门类和海洋生态系统的总体格架. 本文系统研究了目前华南寒武系纽芬兰统-第二统南皋 华南 寒武纪早期 阶Fe-S-C 海洋化学数据在时间和空间(近岸-远洋)上的波动特征, 发现寒武纪早期表层海 海洋化学 洋虽已氧化, 但深部海洋仍旧广泛缺氧铁化, 硫化水体可能仅动态出现在陆架缺氧区域 缺氧硫化 且受到硫酸盐供给的重要控制. 伴随海侵、海退和硫酸盐输入等关键地球化学要素的波 寒武纪生命大爆发 动, 华南寒武纪早期这种海洋化学状态的空间结构展现了阶段性演化特征, 并与这一时 期生物辐射、“灭绝” 的空间差异性和阶段性一致. 生物与水化学的相关性还进一步表明早 期动物可能具有较好地适应低氧环境的生存能力, 但水体的硫化对其却是致命的. 这一 观点可很好地解释梅树村阶 Ni-Mo 富集层沉积时期陆架地区小壳动物群和外陆架-斜坡 相海绵动物的消失. 因此, 海洋化学条件的时空波动及其效应很可能是寒武纪早期生命 出现阶段式“灭绝”和辐射的关键原因之一. 晚新元古代-寒武纪早期是地球生命演化的关键 达到了高峰(朱茂炎, 2010; Knoll 和 Carroll, 1999; 时期. 在前寒武纪-寒武纪之交(Precambrian-Cambrian Marshall, 2006; Shu, 2008; Zhu 等, 2007). 随着新元古代 Boundary, PCB, 约541 Ma), 新元古代埃迪卡拉类型 晚期(约550 Ma)捕食性动物的出现(Bengston 和Zhao, 生物群发生灭绝, 而寒武纪早期又出现了阶段式的 1992), 并在寒武纪早期生态系统中的发展, 现代海洋 生命大爆发(朱茂炎, 2010; Knoll 和 Carroll, 1999; 生物地球化学循环开始逐步形成(Logan 等, 1995). Marshall, 2006; Shu, 2008; Zhu 等, 2007). 早寒武纪晋 一般认为, 在寒武纪早期深部海洋完全氧化以 宁期-梅树村期出现了以小壳动物群为代表的生物骨 后, 海洋生物地球化学循环已接近于现今海洋, 从而 骼化和两侧对称动物的繁盛, 并在化石记录上呈现 导致了寒武纪生命的大爆发(Knoll 和 Carroll, 1999; 阶段性的辐射和“ 灭绝”( 朱茂炎, 2010; Steiner 等, Logan 等, 1995; Scott 等, 2008). 然而, 近年来, 华南 2007; Zhu 等, 20