距今5.38億—6.35億年前，深層海水或許已經(jīng)開始大規(guī)模氧化，這段時期海洋中出現(xiàn)了大量復(fù)雜多細胞生物，被認為是地球生命演化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時期。但是，過去的研究卻一直認為當時的深海仍然缺氧。
科技日報記者2月初從中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，該所王偉副研究員等人的最新研究成果顯示，距今5.38億—6.35億年前的深層海水可能已經(jīng)開始大規(guī)模氧化，相關(guān)成果1月底在線發(fā)表于國際知名期刊《地質(zhì)學》。
氧氣是復(fù)雜多細胞生物得以生存和繁衍的重要條件之一。現(xiàn)代海洋中從淺水至深水有足夠的氧氣可以供動植物生存需要，比如在西太平洋深達11000米的馬里亞納海溝，已確認在約8500米處發(fā)現(xiàn)魚類等動物生存，但在5億年前的古海洋卻并非如此。
一般認為，顯生宙(大約5.4億年前至今)植物完全出現(xiàn)后，現(xiàn)代氧化海洋的雛形才完全形成，之前的海洋環(huán)境總是在氧化—缺氧之間反反復(fù)復(fù)。
近年來，科學家已在埃迪卡拉紀地層中找到大量由復(fù)雜多細胞生命組成的化石生物群，例如：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(fù)雜多細胞生物的生命活動需要消耗大量氧氣，它們的出現(xiàn)代表著當時海洋環(huán)境中含氧量的增高，但是這卻與過去的研究結(jié)果相反。
南京地質(zhì)古生物研究所王偉副研究員、關(guān)成國助理研究員和周傳明研究員等與中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所同事合作，利用黃鐵礦硫同位素原位微區(qū)分析方法，并結(jié)合巖石學和礦物學分析，揭示了埃迪卡拉紀海洋中的硫酸根庫容量比先前估計的要高，表明當時深層海水可能已經(jīng)開始大規(guī)模氧化。
硫同位素方法是恢復(fù)古海洋環(huán)境的重要手段之一。地質(zhì)歷史時期古海洋環(huán)境的恢復(fù)多借助于地球化學手段，硫同位素是其中最常用的地化指標之一。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(qū)的氧化起到關(guān)鍵性作用，充足的硫酸根庫是古海洋深水氧化的重要前提。
地質(zhì)歷史時期古海洋中的硫酸根濃度無法直接測得，其濃度水平一般用古海洋中硫同位素分餾程度來表征。王偉認為，以往傳統(tǒng)硫同位素方法的應(yīng)用多采取全巖分析手段，缺乏系統(tǒng)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)形成過程及其后期成巖作用的復(fù)雜性。早期的方法有可能導致所提取的古海水中的同位素信號疊加了其他介質(zhì)(例如孔隙水、成巖后期的地下水體)的信號，致使我們對當時海洋水體的氧化還原狀態(tài)的認識產(chǎn)生偏差。
研究人員以新鮮的藍田巖芯樣品為研究對象，把巖石標本進行仔細的切片拋光，在光學顯微鏡下仔細觀察黃鐵礦的形態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦具有不同的形態(tài)特征。他們又運用掃描電鏡，在微米尺度下對黃鐵礦的形態(tài)進行觀察，并運用SIMS質(zhì)譜，對黃鐵礦原位微區(qū)同位素組成進行打點測試。
在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，研究團隊運用數(shù)學模型，初步估算了當時海洋的硫酸根濃度的低估量，得出這樣的結(jié)論：埃迪卡拉紀深水區(qū)的硫酸根濃度此前被嚴重低估，海洋中的硫酸根庫容量可能已經(jīng)足夠滿足深層海水的氧化，這表明古海洋深層海水在“雪球地球事件”結(jié)束后可能已經(jīng)開始了大規(guī)模氧化，從而為復(fù)雜多細胞生命的發(fā)展提供了保障。
這項研究成果，從新的視角推翻了以前關(guān)于埃迪卡拉紀古海洋深水氧化能力的研究，認為6億年前的古海水深水區(qū)已經(jīng)有發(fā)生大規(guī)模氧化的能力，這為深水復(fù)雜生命的出現(xiàn)提供了有利保障，也在一定層面上解答了為什么在6億年的海洋深水中出現(xiàn)了“藍田生物群”。同時，本研究指出全巖硫同位素指標在古環(huán)境重建中存在一定的局限性，并提供了相應(yīng)的解決方案。
