综述：华南早寒武纪时期生命与环境的共同演化：对有机物富集的影响

《Earth-Science Reviews》：Co-evolution of life and environment during the early Cambrian of South China: Implications for organic matter enrichment

扬子地块早寒武世沉积物地球化学分析揭示气候波动与红氧化还原结构演变驱动生物-环境协同演化，不同沉积相区有机质富集机制存在差异，强调多圈层地球化学作用对烃源岩形成的影响。

　　在地球历史的关键转折点——埃迪卡拉纪至寒武纪（E-C）过渡时期，地球经历了显著的环境变化和生物演化。这一时期不仅见证了海洋中广泛出现的缺氧条件，还伴随着多细胞动物的爆炸性辐射，以及富含有机质的黑色页岩的大规模沉积。尽管过去的研究已经对寒武纪早期海洋的氧化还原结构和碳循环进行了深入探讨，但关于生命与环境之间的协同演化，以及多圈层之间的相互作用及其对有机质富集的影响，仍然存在许多未解之谜。

本研究通过对来自23口井/剖面的样本进行地球化学分析，涵盖了中国南方的扬子地块不同沉积相的特征。这些样本包括总有机碳（TOC）、稳定碳同位素、铁的形态以及对氧化还原敏感的微量元素等数据。分析结果表明，寒武纪早期的古气候条件总体上较为寒冷和干燥。然而，在Fortunian期至Age 2期间，气候发生了一次向温暖、湿润条件的转变，随后在Age 3初期又恢复到较为寒冷和干燥的状态。到了Age 3的中晚期，气候再次转向温暖和湿润。这一变化不仅反映了古气候的动态演变，也揭示了海洋氧化还原状态的复杂性。

在不同的沉积相中，氧化还原条件的演变主要受到氧化剂（如硫酸盐）和还原剂（如下沉的有机碳）之间动态平衡的影响。这种平衡与陆源物质输入的强度密切相关，并最终由古气候的变化和上升流的强度所调控。内陆架地区以好氧底水为主，但在某些时期会经历短暂的缺氧和含铁条件。外陆架和坡地则呈现出一种动态共存的状态，其中好氧表层水、缺氧和含铁的深层水共同存在。而更深的盆地地区则主要受到含铁条件的控制，这些区域的底水呈现出明显的缺氧特征。

氧化还原条件的变化是海洋生物繁盛与衰退的主要驱动因素。例如，在寒武纪早期，由于缺氧和含铁条件的限制，某些生物群落可能难以生存，而在氧气水平上升的时期，生物多样性则显著增加。这种现象表明，海洋的氧化还原状态不仅影响生物的分布，还决定了其演化路径。同时，这些变化对有机质的富集也起到了关键作用，因为缺氧条件可以减少有机质的分解，从而提高其保存的可能性。而在某些时期，由于表层水生产力的增加，大量的有机质被输送到海底，进一步促进了有机质的积累。

在寒武纪早期，全球范围内的多个地区都经历了富含有机质的黑色页岩沉积，这与大规模的海侵事件密切相关。例如，在伊朗、澳大利亚、中国南方以及南奥曼盐盆地等地，黑色页岩的沉积表明当时海洋环境具有较高的有机质含量。在中国南方的扬子地块，寒武纪早期的黑色页岩沉积层厚度达50至100米，其总有机碳含量较高，最高可达35.5%。这些黑色页岩被认为是南方地区页岩气勘探的重要源岩之一。

许多研究表明，优质源岩的形成与古气候和古环境密切相关。这些因素不仅影响营养物质的供给，还决定了有机质的保存条件。例如，强烈的化学风化作用可以增加陆源物质的输入，从而提高有机质的富集。同时，上升流和海底热液活动等过程也可能通过改变表层水生产力和保存条件，促进有机质的积累。此外，生物活动在有机质的富集过程中也起到了重要作用，因为生物多样性的增加可以提高表层水生产力，进而增加有机质的输入和保存。

在寒武纪早期，由于多细胞动物的迅速出现，海洋生态系统开始向现代生态系统演化，即所谓的“寒武纪大爆发”。这一现象虽然在地质学界引起了广泛关注，但其驱动因素仍然存在争议。一些研究认为，寒武纪早期海洋的氧化还原状态是生物辐射和生态演化的关键因素，而另一些研究则强调古气候的变化和陆源物质输入的重要性。这些观点表明，生物与环境之间的协同演化是一个复杂的系统，其中多种因素相互作用，共同决定了有机质的富集和保存。

本研究通过对扬子地块不同沉积相的寒武纪早期黑色页岩进行地球化学分析，揭示了生命与环境之间的协同演化机制。研究结果不仅有助于理解寒武纪早期海洋的氧化还原结构及其演变，还为生物与环境相互作用对有机质富集的影响提供了新的视角。此外，这些研究还强调了多圈层之间的相互作用，包括生物圈、水圈、大气圈和岩石圈，这些圈层之间的复杂关系最终决定了有机质的富集过程。

寒武纪早期的黑色页岩沉积层在不同区域表现出显著的空间和时间差异。这种差异不仅反映了古气候和古环境的变化，还可能与生物多样性的演化密切相关。例如，在某些沉积相中，丰富的化石记录表明，多细胞动物的出现与特定的海洋条件相吻合，而在其他沉积相中，生物多样性的减少则可能与缺氧条件的增强有关。这些现象表明，生物与环境之间的协同演化是一个动态的过程，其中多种因素相互作用，共同决定了有机质的富集和保存。

研究还发现，寒武纪早期的黑色页岩沉积层在不同沉积相中表现出不同的氧化还原特征。例如，内陆架地区的底水主要为好氧条件，但在某些时期会经历短暂的缺氧和含铁条件。而外陆架和坡地则呈现出一种动态共存的状态，其中好氧表层水、缺氧和含铁的深层水共同存在。这些特征表明，氧化还原条件的演变不仅受到陆源物质输入和上升流的影响，还与古气候的变化密切相关。因此，研究寒武纪早期海洋的氧化还原结构及其演变，对于理解有机质的富集过程具有重要意义。

此外，本研究还强调了生物活动在有机质富集过程中的重要作用。例如，浮游生物的繁盛可以提高表层水生产力，从而增加有机质的输入和保存。而在某些情况下，捕食者的出现可以促进有机质颗粒的重新包装，形成较大的粪粒，从而加快有机质的下沉。这些现象表明，生物活动不仅影响有机质的输入，还决定了其在海底的保存和富集。因此，研究寒武纪早期生物与环境之间的相互作用，对于理解有机质的富集过程具有重要意义。

综上所述，寒武纪早期的海洋环境变化和生物演化是相互关联的。研究结果表明，古气候的变化、陆源物质的输入、上升流的强度以及生物活动的多样性，共同决定了有机质的富集过程。这些因素的相互作用不仅影响了生物的分布和演化，还决定了有机质在海底的保存和富集。因此，理解寒武纪早期生物与环境之间的协同演化机制，对于揭示有机质的富集过程和海洋源岩的形成机制具有重要意义。