海洋氧化为何比大气氧化迟滞20亿年

氧气是生命之源。早期地球氧气含量极低，直到24亿年前，地球发生第一次大氧化事件，含氧量达现在的1%以上，导致真核生物在地球上首次出现。而第二次大氧化事件则是在5.8亿—5.2亿年前，大气中的氧含量才增加到现代大气氧含量的60%以上，从而触发了动物的快速起源以及寒武纪大爆发等。

为什么在第一次大氧化事件之后，地球大气和海洋的氧化程度迟滞了近20亿年才急剧增加呢？中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员领导的中英合作团队，采用多种地球化学指标并结合数学模型，首次系统论证了巨大海洋溶解有机碳库的存在是迟滞元古宙海洋彻底氧化的关键原因。近日，该成果在地球科学期刊《地球与行星科学通讯》上发表。

2019年，朱茂炎带领中英团队在《自然·地球科学》上发文提出，大规模造山运动导致海盆中形成的巨量蒸发盐矿物的风化，可以带来大量的硫酸盐（氧化剂），它们通过硫酸盐还原菌大规模消耗海水中的溶解有机碳，并通过黄铁矿的大规模埋藏（产氧），最终导致碳库的减小和海洋的迅速氧化。

埃迪卡拉纪-寒武纪早期深部海洋为何缺氧？李超教授倾向认为埃迪卡拉纪-寒武纪早期极低的大气氧含量是根本原因。极低的大气氧含量使得表层海水氧气向深部海水传输的速率不足以满足海洋表层产生的有机质对深部海水中氧气的消耗速率从而导致深部海洋缺氧。那么为何陆架地区同时又出现广泛的氧化还原分层？李超教授认为这很可能与埃迪卡拉纪-寒武纪早期较低的氧化剂可获取性和陆架地区可能存在的较慢的水体交换速率有关。他们基于这一时期古海洋C-N-S含量与同位素梯度所开展的生物地球化学模型研究表明较低的氧化剂可获取性是陆架地区出现广泛氧化还原分层的前提条件，而陆架地区较慢的水体交换速率可能是其在百万-千万年时间尺度维持存在的原因。李超教授还从理论与实践证据分析了埃迪卡拉纪-寒武纪早期陆架硫化水体发展的控制因素，提出了远洋硫酸盐供给的不足而非当前该研究领域认为的生产力不足是陆架硫化楔在远洋消失的首要控制因素的假说。最后李超教授指出，这些机制的讨论，特别是陆架区较慢的水体交换速率机制的讨论仍旧是开放问题，需要不同学科，特别是物理海洋学研究的加入才能提供更为准确和深入的回答。