本文選題：寒武紀(jì)早期 + 生命大爆發(fā)　；參考：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：寒武紀(jì)早期是地球生物演化與環(huán)境波動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)期。地球表層生物圈的群落結(jié)構(gòu)從前寒武紀(jì)以微生物為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹浼o(jì)以真核宏體藻類和動(dòng)物為主。此外,寒武紀(jì)早期還發(fā)生了一系列重要的生物事件,例如寒武紀(jì)幸運(yùn)期至第二期以小殼動(dòng)物群為代表的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物和生物骨骼化的繁盛,寒武紀(jì)第三期以澄江動(dòng)物群為代表的高度復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)、生物擾動(dòng)的增強(qiáng)、動(dòng)物軀體尺寸的增加、以節(jié)肢動(dòng)物為主的復(fù)雜動(dòng)物群從淺水向深水?dāng)U張等。真核生物特別是動(dòng)物的生存和演化需要適宜的環(huán)境(如充足的海水溶氧量)來維持,而真核生物的出現(xiàn)及其生命活動(dòng)又會(huì)導(dǎo)致周邊甚至全球環(huán)境的改變(如大氣-海洋氧含量的波動(dòng)以及海洋硫酸鹽含量的升高)。因此,探討寒武紀(jì)早期海洋化學(xué)狀態(tài)及其與海洋生物之間的相互作用過程對(duì)于深入理解這一關(guān)鍵時(shí)期生命與環(huán)境的協(xié)同演化過程顯得極為重要。目前,國內(nèi)外學(xué)者已開展了部分相關(guān)研究并取得了一些重要認(rèn)識(shí),但總體而言,這一時(shí)期海洋氧化還原狀態(tài)及其與生物演化間關(guān)系的認(rèn)識(shí)還缺乏系統(tǒng)深入的研究。我國華南地區(qū)下寒武統(tǒng)地層發(fā)育相對(duì)連續(xù)且保存完好,更為重要的是前人已開展了大量地層和古生物學(xué)工作,這為地層劃分和對(duì)比提供重要的基礎(chǔ)資料。本文從以下四個(gè)方面探討了寒武紀(jì)早期海洋氧化還原狀態(tài)及其與生物協(xié)同演化關(guān)系:(1)通過華南寒武紀(jì)早期古海洋化學(xué)空間結(jié)構(gòu)的重建,探討了海洋化學(xué)空間差異性與早期動(dòng)物演化之間的整體協(xié)同演化關(guān)系(請(qǐng)見本文第三章);(2)通過對(duì)保存不同復(fù)雜程度的動(dòng)物化石面貌層位開展地球化學(xué)分析,進(jìn)而從特定化石案例的角度探討了古海洋化學(xué)空間差異性對(duì)動(dòng)物面貌及其生命活動(dòng)差異的影響(請(qǐng)見本文第四章);(3)通過對(duì)底水和透光帶硫化分布的調(diào)查,探討了其對(duì)浮游和底棲動(dòng)物演化的影響(請(qǐng)見本文第五章);(4)通過華南揚(yáng)子地臺(tái)深水剖面多元地球化學(xué)指標(biāo)的研究,探討了華南深部水體的氧化進(jìn)程;又通過全球鐵組分?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,探討了全球海洋的氧化進(jìn)程,最終,探討了海洋氧化水體的擴(kuò)張對(duì)動(dòng)物演化的影響(請(qǐng)見本文第六章)。本文研究了華南下寒武統(tǒng)7條不同沉積相剖面鐵組分化學(xué)、氧化還原敏感性元素、黃鐵礦硫同位素(δ34Spy)和營養(yǎng)鹽有關(guān)指標(biāo)[如總有機(jī)碳(TOC)/過剩鋇(Baxs)等],重建了華南海洋化學(xué)狀態(tài)在時(shí)間和空間上的波動(dòng)情況。進(jìn)一步,本文將華南的研究成果與全球已有類似的研究成果進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)而探討海洋化學(xué)狀態(tài)在全球范圍內(nèi)的波動(dòng)情況。最終,華南甚至全球海洋化學(xué)的時(shí)空波動(dòng)性與化石分布進(jìn)行對(duì)比,探討海洋化學(xué)與生命演化的相互作用過程。本文已取得的主要認(rèn)識(shí)如下:1、華南下寒武統(tǒng)不同沉積相剖面鐵組分和氧化還原敏感性元素?cái)?shù)據(jù)表明,中等水深硫化水體與表層氧化水體和深部鐵化水體動(dòng)態(tài)共存。綜合全球其它地區(qū)(如阿曼、加拿大和伊朗)已研究的氧化還原狀態(tài)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)早期氧化還原狀態(tài)在全球范圍內(nèi)存在高度的空間差異性,這與前人所認(rèn)為的較低大氣氧含量[~10-40%現(xiàn)今大氣氧含量(PAL)]的觀點(diǎn)相一致。2、華南重建的氧化還原狀態(tài)表明,氧化水體逐漸從淺水相擴(kuò)張至深水相,暗示海洋的逐步氧化過程和由淺及深的氧化模式。本文中新的鐵組分?jǐn)?shù)據(jù)與已發(fā)表的全球埃迪卡拉紀(jì)至寒武紀(jì)鐵組分?jǐn)?shù)據(jù)的集成的統(tǒng)計(jì)工作發(fā)現(xiàn),寒武紀(jì)第二期至第四期確實(shí)存在氧化事件。本文還發(fā)現(xiàn),淺水相未發(fā)現(xiàn)底水和透光帶硫化,中等水深出現(xiàn)底水硫化但透光帶未硫化,而深水相出現(xiàn)底水和透光帶的硫化,表明硫化水體在空間上具有較大的空間差異性,這可能緣于上升流從深水相至淺水相逐漸減弱。3、華南不同沉積相剖面δ34Spy存在較大的空間差異性,δ34Spy平均值從淺水相的-12.0‰變化至深水相的+22.5‰,表明海洋硫酸鹽硫同位素組成存在高度的空間差異性,進(jìn)而表明寒武紀(jì)早期整體較低的海洋硫酸鹽含量。這一結(jié)論與前人所認(rèn)為的較低和高度差異的海洋硫酸鹽含量的觀點(diǎn)相吻合。4、華南不同沉積相剖面TOC與黃鐵礦鐵/高活性鐵(FePy/FeHR)比值關(guān)系的調(diào)查發(fā)現(xiàn),外陸棚王家坪地區(qū)兩者之間具有良好的相關(guān)性(R2=0.66),而較深水相如外陸棚楊家坪、斜坡相松桃和龍鼻嘴地區(qū)則具有較弱的相關(guān)性(R2≤0.22)。此外,外陸棚王家坪地區(qū)δ34SPy值(-2.1±5.3‰)和TOC值(2.4±1.1%)均低于同一時(shí)期的外陸棚楊家坪(δ34SPy值為+8.3±4.7‰;TOC值為10.7±2.6%)、斜坡相松桃地區(qū)(δ34SPy值為+8.6±7.7‰;TOC值為8.3±4.0%)和盆地相龍鼻嘴地區(qū)(δ34SPy值為+21.0±6.8‰;TOC值為6.2±1.7%)。這些觀察表明,王家坪地區(qū)硫化的發(fā)育取決于有機(jī)質(zhì)的可得性,而較深水地區(qū)硫化的發(fā)育則取決于硫酸鹽的可得性,這與硫同位素所反映的硫酸鹽的空間差異性相吻合。5、重建的海洋化學(xué)條件與化石分布對(duì)比發(fā)現(xiàn),寒武紀(jì)早期海洋的時(shí)空氧化進(jìn)程正好對(duì)應(yīng)著生物多樣性的增加、以節(jié)肢動(dòng)物為主的復(fù)雜動(dòng)物群從淺水相擴(kuò)張至深水相、以節(jié)肢動(dòng)物為主的復(fù)雜動(dòng)物群取代以小殼動(dòng)物群或海綿為主的簡(jiǎn)單動(dòng)物群等重大生物事件,表明海洋溶氧量確實(shí)對(duì)這一時(shí)期生命演化具有重要的促進(jìn)作用。內(nèi)陸棚眾多底棲三葉蟲和生物擾動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)于氧化的水體中,而外陸棚至盆地相缺氧甚至硫化水體中僅出現(xiàn)浮游三葉蟲且匱乏生物擾動(dòng)現(xiàn)象,表明海洋溶氧量對(duì)動(dòng)物和生物擾動(dòng)活動(dòng)的空間分布同樣發(fā)揮著重要的作用。此外,底棲三葉蟲僅見于穩(wěn)定且持續(xù)氧化的水體中,而底棲海綿能夠保存于以貧氧為主的動(dòng)蕩環(huán)境中,這表明骨骼動(dòng)物的出現(xiàn)可能需要更高的海水溶氧量。然而,當(dāng)大型浮游動(dòng)物和浮游捕食性動(dòng)物出現(xiàn)時(shí),深水仍舊是缺氧鐵化的沉積環(huán)境,這與前人所認(rèn)為的上述動(dòng)物導(dǎo)致深部海洋氧化的觀點(diǎn)不一致。此外,生物擾動(dòng)增強(qiáng)時(shí),雖然局部地區(qū)具有較高的硫酸鹽含量,但海洋中硫酸鹽庫仍舊很低,這與前人認(rèn)為的生物擾動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致海洋中具有較高的硫酸鹽庫的觀點(diǎn)不吻合。綜上所述,早期動(dòng)物演化可能對(duì)海洋化學(xué)存在一定的影響,但影響有限。另外,我們還發(fā)現(xiàn)透光帶沒有硫化水體的環(huán)境中也沒有觀察到浮游真核生物,且錳氧化物還原帶(含有至少10μM的水體溶氧量)中也未見到低等真核生物如海綿等,這些觀察可能表明生物的演化還受其它因素(如生態(tài)因素)的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q915;P534.41

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本文編號(hào)：1730928