埃迪卡拉纪末期氮循环动态的相特异性氮同位素新解析：揭示海洋氧化还原条件与生物灭绝的关联机制

本研究针对埃迪卡拉纪末期海洋氧化还原条件与生物灭绝关联的争议问题，通过整合δ15Nkerogen（干酪根结合氮同位素）、δ15Nsilicate（硅酸盐结合氮同位素）和δ13Corg（有机碳同位素）数据，首次揭示DNRA（异化硝酸盐还原为铵）过程对氮循环的调控作用，证实海洋缺氧扩张通过氮限制压力导致埃迪卡拉生物群衰退，为古环境-生命协同演化提供关键证据。

　　

埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期是地球生命演化的关键转折点，神秘的埃迪卡拉生物群在5.5亿年前突然衰退，其灭绝原因长期困扰学界。传统观点认为海洋氧化还原条件剧变是主要驱动力，但现有证据矛盾重重——部分研究显示氧化事件与生物灭绝同步，另一些则指出缺氧扩张才是元凶。这种分歧源于传统δ¹⁵N_bulk（总氮同位素）数据的多解性：它既可能反映氧化驱动的反硝化减弱（δ¹⁵N降低），也可能指示缺氧激发的固氮作用增强（δ¹⁵N同样降低）。更复杂的是，海洋中并存的DNRA（异化硝酸盐还原为铵）与反硝化过程会产生相反的氮同位素分馏信号，使得单一指标难以揭示真实的氮循环动态。

为破解这一难题，广东自然科学基金支持的研究团队创新性地采用相特异性氮同位素分析技术，对华南扬子板块钻孔岩芯开展系统研究。通过同步检测δ¹⁵N_kerogen和δ¹⁵N_silicate（硅酸盐结合氮同位素），结合δ¹³C_org等指标，首次在埃迪卡拉纪-寒武纪界线地层中识别出DNRA过程的特征信号。研究揭示：陡山沱组沉积期水体呈典型分层结构，表层富氧而深层缺氧-硫化；而石板滩段下部出现的δ¹⁵N_silicate极端负值（低至-23.3‰）与δ¹³C_org正漂移耦合，表明有机碳埋藏激增触发深层缺氧扩张，进而促进DNRA过程——该过程通过产生¹⁵N贫化的铵盐，有效缓冲了δ¹⁵N_kerogen的氧化还原信号。这一发现发表于《Global and Planetary Change》，为理解地球关键转折期的环境-生命协同演化提供了新范式。

关键技术包括：1）相特异性氮同位素分析（硅酸盐结合氮与干酪根结合氮分离提取）；2）高精度同位素质谱测定；3）华南扬子板块YD-4钻孔的厘米级采样（覆盖埃迪卡拉系-寒武系连续剖面）；4）多代理指标（TOC、δ¹³C_org等）联合解析。

背景与科学问题
研究指出传统δ¹⁵N_bulk的局限性：反硝化使残留硝酸盐富集¹⁵N（δ¹⁵N正漂移），而DNRA产生¹⁵N贫化铵盐（δ¹⁵N负漂移），二者信号相互抵消。硅酸盐结合氮（NH₄⁺替代K⁺进入矿物晶格）能特异性记录厌氧过程同位素分馏。

材料与方法
选取华南YD-4钻孔样品（1917-1673m为陡山沱组二段黑色页岩，含磷结核），通过逐步酸解法分离硅酸盐相与有机相氮，采用EA-IRMS测定同位素组成。

主要发现
1）陡山沱组δ¹⁵N_kerogen稳定在+5‰左右，反映表层水持续氧化；
2）石板滩段δ¹⁵N_silicate负异常与δ¹³C_org正漂移同步，指示碳埋藏引发缺氧扩张；
3）DNRA过程解释δ¹⁵N_silicate-δ¹⁵N_kerogen解耦现象，其同位素分馏可达-30‰。

结论与意义
该研究建立三重突破：方法学上首创相特异性氮同位素联合解析技术，理论上阐明DNRA对氮循环的调控机制，应用上证实海洋缺氧扩张通过氮限制压力导致埃迪卡拉生物群衰退。特别指出δ¹⁵N_silicate对缺氧环境的敏感性优于传统指标，为前寒武纪氮循环研究提供新标尺。作者Hansheng Cao等强调，这项成果不仅解决埃迪卡拉纪末期环境争议，更为理解全球其他重大生物灭绝事件中的氮循环扰动提供类比框架。