研究揭示寒武紀大爆發的“幕後推手”

【環球網科技綜合報道】10月28日消息，寒武紀大爆發使幾乎所有現生動物門類快速在地球出現，是地球生命演化史上關鍵的里程碑事件之一。已有古生物和地球化學證據表明，動物在寒武紀早期爆發過程中，呈現出“脈衝式”演化模式，並伴隨海水無機碳和硫酸鹽硫同位素的同步波動，這或與大氣、淺海的週期性“增氧”直接相關。然而，學界對調控這一時期脈衝式增氧的驅動機制尚不明晰。

近期，中國科學院南京地質古生物研究所研究團隊等，通過頻譜分析和地球系統箱式模型模擬，揭示了地球長時間尺度的軌道變化或是這一脈衝式增氧過程的幕後推手。相關研究成果發表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。

此前，有研究利用俄羅斯西伯利亞寒武紀早期連續的碳酸鹽巖地層剖面獲得的樣品，揭示寒武紀早期，海洋動物多樣性在約200萬年至300萬年的時間尺度上呈現週期性變化，這與海水碳、硫同位素的同步漂移在時間上高度吻合。科研人員認為，全球有機碳和黃鐵礦埋藏週期性變化，導致大氣和淺海氧含量週期性波動，進而影響海洋動物早期演化模式。科研人員進一步提出，這些百萬年尺度的地球表層環境變化，或由長週期的地球軌道變化所驅動。軌道變化通過改變地球不同緯度接收太陽輻射的分佈差異，使氣候週期性波動。這一週期性變化可能影響了大陸風化作用強度，以及磷等關鍵營養物質向海洋輸送。營養物質的週期性輸入，刺激海洋光合作用和有機碳埋藏，從而導致大氣和海洋氧含量週期性增加。

為論證這一假説，該研究對已發表的寒武紀早期碳–硫同位素記錄進行了頻譜分析。結果顯示，這一時期碳、硫同位素記錄中存在1.2百萬年、2.6百萬年及4.5百萬年的長週期變化，與長週期軌道變化週期一致。隨後，研究團隊在最新的深時地球系統箱式模型（SCION）中添加了氣候軌道驅動因子，並對這一過程開展了數值模擬。模擬結果表明，軌道驅動的氣候變化可復現海水碳–硫同位素的同步週期性變化，論證了這一假説的可行性。同時，模型敏感度實驗表明，海洋中的低硫酸鹽濃度，或放大了碳–硫–氧生物地球化學循環對軌道驅動營養物質輸入的響應幅度，是寒武紀地球系統穩定性的重要短板。

據介紹，這一研究對學界理解寒武紀生命大爆發節拍，和其他時期週期性的碳、硫、氧循環提供了新思路和新視角。（青雲）