為什么在第一次大氧化事件后，地球大氣和海洋的氧化遲滯了近20億年？

已有研究顯示，地球經(jīng)歷過兩次大氧化事件，最終可能觸發(fā)了動(dòng)物快速起源。令人疑惑的是，這兩次大氧化事件間隔了近20億年。對此，中科院南京地質(zhì)古生物所朱茂炎研究員領(lǐng)導(dǎo)的中英合作團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年探索，采用多種地球化學(xué)指標(biāo)并結(jié)合數(shù)學(xué)模型首次系統(tǒng)論證了海洋溶解有機(jī)碳庫(DOC)是遲滯元古宙海洋徹底氧化的關(guān)鍵原因。近日，該成果在地球科學(xué)期刊《地球與行星科學(xué)通訊》發(fā)表。

“早期地球極端缺氧，直至距今大約24億年前后發(fā)生第一次大氧化事件。當(dāng)時(shí)大氣中的氧氣達(dá)到了現(xiàn)代大氣氧含量的1%水平，導(dǎo)致真核生物在地球上首次出現(xiàn)。”朱茂炎說，奇怪的是，在隨后長達(dá)十幾億年的時(shí)間內(nèi)，大氣氧含量并沒有顯著增加。

一直到距今5.8-5.2億年前后發(fā)生的第二次大氧化事件，大氣中的氧含量才增加到現(xiàn)代大氣氧含量的60%以上水平，從而可能觸發(fā)了多細(xì)胞真核生物的大輻射，以及動(dòng)物的快速起源和寒武紀(jì)生命的大爆發(fā)。

為什么在第一次大氧化事件之后，地球大氣和海洋的氧化程度遲滯了近20億年呢?

2019年，該中英合作團(tuán)隊(duì)在《自然·地球科學(xué)》上發(fā)文提出：大規(guī)模造山運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致原來在海盆中形成巨量蒸發(fā)鹽礦物通過風(fēng)化作用向海洋持續(xù)輸入硫酸鹽，這些硫酸鹽通過硫酸鹽還原菌代謝作用大規(guī)模消耗海水中的溶解有機(jī)碳，并導(dǎo)致黃鐵礦的大規(guī)模埋藏，最終導(dǎo)致海洋中有機(jī)碳庫的減小和海洋的迅速氧化。

近年來，朱茂炎團(tuán)隊(duì)在三峽地區(qū)南坨村剖面埃迪卡拉紀(jì)陡山沱組Ⅱ段地層(約6億年之前)中識別出一個(gè)與地質(zhì)歷史上全球最大的Shu-ram/DOUNCE事件(陡山沱碳同位素負(fù)偏移事件)級別相同、但持續(xù)時(shí)間更短的碳同位素負(fù)偏移事件，通過詳細(xì)的碳、氧、硫、鈾、鍶等多同位素體系分析，論證2019年提出的假說，為溶解有機(jī)碳庫的存在是遲滯前寒武紀(jì)海洋徹底氧化的關(guān)鍵原因提供了直接證據(jù)。

隨后多次持續(xù)時(shí)間更長、強(qiáng)度更大的脈沖式氧化劑輸入事件，不斷消耗大洋中的溶解有機(jī)碳庫，促使其最終在寒武紀(jì)早期消亡，海洋變得更加氧化，為動(dòng)物在寒武紀(jì)早期的大爆發(fā)和復(fù)雜海洋生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)創(chuàng)造了先決條件。