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

【摘要】：寒武紀早期是地球生物演化與環(huán)境波動的關(guān)鍵時期。地球表層生物圈的群落結(jié)構(gòu)從前寒武紀以微生物為主轉(zhuǎn)變?yōu)楹浼o以真核宏體藻類和動物為主。此外,寒武紀早期還發(fā)生了一系列重要的生物事件,例如寒武紀幸運期至第二期以小殼動物群為代表的兩側(cè)對稱動物和生物骨骼化的繁盛,寒武紀第三期以澄江動物群為代表的高度復雜生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)、生物擾動的增強、動物軀體尺寸的增加、以節(jié)肢動物為主的復雜動物群從淺水向深水擴張等。真核生物特別是動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)及其生命活動又會導致周邊甚至全球環(huán)境的改變(如大氣-海洋氧含量的波動以及海洋硫酸鹽含量的升高)。因此,探討寒武紀早期海洋化學狀態(tài)及其與海洋生物之間的相互作用過程對于深入理解這一關(guān)鍵時期生命與環(huán)境的協(xié)同演化過程顯得極為重要。目前,國內(nèi)外學者已開展了部分相關(guān)研究并取得了一些重要認識,但總體而言,這一時期海洋氧化還原狀態(tài)及其與生物演化間關(guān)系的認識還缺乏系統(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工作,這為地層劃分和對比提供重要的基礎(chǔ)資料。本文從以下四個方面探討了寒武紀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)通過華南寒武紀早期古海洋化學空間結(jié)構(gòu)的重建,探討了海洋化學空間差異性與早期動物演化之間的整體協(xié)同演化關(guān)系(請見本文第三章);(2)通過對保存不同復雜程度的動物化石面貌層位開展地球化學分析,進而從特定化石案例的角度探討了古海洋化學空間差異性對動物面貌及其生命活動差異的影響(請見本文第四章);(3)通過對底水和透光帶硫化分布的調(diào)查,探討了其對浮游和底棲動物演化的影響(請見本文第五章);(4)通過華南揚子地臺深水剖面多元地球化學指標的研究,探討了華南深部水體的氧化進程;又通過全球鐵組分數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學分析,探討了全球海洋的氧化進程,最終,探討了海洋氧化水體的擴張對動物演化的影響(請見本文第六章)。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、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[如總有機碳(TOC)/過剩鋇(Baxs)等],重建了華南海洋化學狀態(tài)在時間和空間上的波動情況。進一步,本文將華南的研究成果與全球已有類似的研究成果進行對比,進而探討海洋化學狀態(tài)在全球范圍內(nèi)的波動情況。最終,華南甚至全球海洋化學的時空波動性與化石分布進行對比,探討海洋化學與生命演化的相互作用過程。本文已取得的主要認識如下: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數(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,這與前人所認為的較低大氣氧含量[~10-40%現(xiàn)今大氣氧含量(PAL)]的觀點相一致。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。本文中新的鐵組分數(shù)據(jù)與已發(fā)表的全球埃迪卡拉紀至寒武紀鐵組分數(shù)據(jù)的集成的統(tǒng)計工作發(fā)現(xiàn),寒武紀第二期至第四期確實存在氧化事件。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,進而表明寒武紀早期整體較低的海洋硫酸鹽含量。這一結(jié)論與前人所認為的較低和高度差異的海洋硫酸鹽含量的觀點相吻合。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、重建的海洋化學條件與化石分布對比發(fā)現(xiàn),寒武紀早期海洋的時空氧化進程正好對應著生物多樣性的增加、以節(jié)肢動物為主的復雜動物群從淺水相擴張至深水相、以節(jié)肢動物為主的復雜動物群取代以小殼動物群或海綿為主的簡單動物群等重大生物事件,表明海洋溶氧量確實對這一時期生命演化具有重要的促進作用。內(nèi)陸棚眾多底棲三葉蟲和生物擾動現(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現(xiàn)象,表明海洋溶氧量對動物和生物擾動活動的空間分布同樣發(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蕩環(huán)境中,這表明骨骼動物的出現(xiàn)可能需要更高的海水溶氧量。然而,當大型浮游動物和浮游捕食性動物出現(xiàn)時,深水仍舊是缺氧鐵化的沉積環(huán)境,這與前人所認為的上述動物導致深部海洋氧化的觀點不一致。此外,生物擾動增強時,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,這與前人認為的生物擾動增強導致海洋中具有較高的硫酸鹽庫的觀點不吻合。綜上所述,早期動物演化可能對海洋化學存在一定的影響,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]:......
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q915;P534.41

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本文編號：1730928