中国华南埃迪卡拉系陡山沱组上段碳酸盐岩碳同位素组成（δ13C）从~+5‰下降到≤-12‰，记录了地质历史时期以来最大的一次海水δ13C负异常事件，即陡山沱组碳同位素负异常事件（DOUNCE，图1）。DOUNCE事件的沉积记录在全球各大陆被广泛报道，也被称为Shuram或Wonoka事件。学界广泛认为DOUNCE事件很可能代表了一次全球性的海洋氧化事件，与大型复杂生命在地球上快速崛起密切相关（图1），且被广泛用于埃迪卡拉系全球化学地层对比。然而，DOUNCE在不同地区和不同沉积环境下的地质记录表现出明显差异，使得DOUNCE的全球性受到挑战，进而影响了其用于全球化学地层对比的可靠性和成因机制的解释。
为了探究DOUNCE事件在全球不同地区、不同沉积环境下的地层表达，中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队的博士后张莹刚，系统收集了全球已发表的、与DOUNCE事件相关的碳酸盐岩同位素数据，从而构建了全球碳酸盐岩碳同位素数据库（DOUNCEraq）用于元分析/综合分析，进而从全球尺度上探讨了DOUNCE事件的演变模式、成因机制和地层对比。该项研究成果最近在国际学术期刊《地球科学评论》（Earth-Science Reviews）上发表。
该数据库现收集了全球156个剖面或钻孔的碳酸盐岩碳同位素数据（图2），有效碳同位素数据共计9375条。基于DOUNCEraq的统计分析，确认了DOUNCE事件的全球性，并首次发现DOUNCE事件的δ13C值在剧烈下降之后普遍存在即时小幅度的回升，表明了DOUNCE事件期间存在碳循环的小幅度变化，可能与碳循环的内在负反馈机制或驱动力强度变化有关。
此外，DOUNCEraq的统计学综合分析表明，古纬度、古大陆、古水深和岩性的差异一定程度上影响了δ13C记录，主要表现为以下几个特征：（1）北半球低纬地区DOUNCE事件前的δ13C值和异常幅度较南半球偏小；（2）深水剖面在事件前的δ13C值较低，事件期间的δ13C最低值也更低，但总的来说δ13C的偏移幅度相比浅水剖面更小；（3）白云岩剖面在事件前δ13C值较低，但事件期间的δ13C最低值较高，从而其相比灰岩剖面具有明显较小的异常幅度（图3）。
古纬度、古大陆、古水深和岩性对DOUNCE记录的影响为探讨其成因机制提供了重要约束。上述分析得出的不同影响特征，可以通过“海洋溶解有机碳氧化假说”得以很好地解释。不同地区和沉积环境下海水碳同位素的响应很可能与海水氧化剂供应的时空演变（硫酸盐和氧气）相关，支持了朱茂炎与英国合作者们2019年在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）提出的DOUNCE事件是一次全球海洋氧化事件的模型，即大量硫酸盐的风化输入导致海洋溶解有机碳库的氧化，从而致使海水的δ13C值产生负异常。尽管研究结果仍需更精细的沉积学、地球化学、矿物学和地球系统模型工作的进一步验证和完善，但该研究强调了建立全球数据库和综合统计分析在研究全球海水碳同位素异常事件中的重要性。
此项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委（NSFC）、中国博士后科学基金会和江苏省卓越博士后计划的资助。
论文信息：Zhang, Y. & Zhu, M., 2024. Meta-analysis of the DOUNCE event (Shuram/Wonoka excursion): Pattern, variation, causal mechanism, and global correlation. Earth-Science Reviews, 105000. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.105000
图1. 埃迪卡拉纪生物化石、重要生物演化事件和碳酸盐岩碳同位素的演变曲线
图2. DOUNCE事件碳酸盐岩记录的全球古地理分布
图3. DOUNCE偏移幅度对古纬度、古大陆、古水深和岩性的响应
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