近日，中国科学院南京地质古生物研究所张俊鹏博士、张元动研究员，与美国加州大学河滨分校Timothy W. Lyons教授、Charles W. Diamond博士，美国阿巴拉契亚州立大学助理教授Cole T. Edwards，在地学SCI学术期刊《三古》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上共同组织的专辑《Marine oxygenation, deoxygenation and life during the Early Paleozoic》完成出版。该专辑共收录了来自中、美、欧等多个国家和地区地学同行的研究论文共15篇，综述论文2篇。论文以地质学、地球生物学和沉积地球化学研究为主，内容涉及寒武纪-泥盆纪多个关键时期的地质事件，通过重建沉积期的古生产力与氧化还原条件，分析生物地球化学循环波动，探讨海洋缺氧事件与生态系统变化之间的关系。
氧气与生命的关系一直是“地质历史时期生命与环境协同演化”研究领域的热点与难点。无论是以古元古代和新元古代大气氧气含量的升高作为早期生命演化的关键节点，抑或是将显生宙以来的海洋缺氧事件当作海洋生物灭绝事件的诱因；诸多此类研究中，重建大气-海洋的氧气含量水平一直都是关键。
早古生代，作为见证海洋生物多样性爆发与复杂生态系统形成的重要时期，早期植物的登陆同样参与调节大气氧气与二氧化碳的含量。然而，尽管大气氧气含量在逐步上升，海洋依然发生多期次不同规模的缺氧事件。虽然无法在规模上与中生代的大洋缺氧事件相提并论，但它们常常能与同期发生的生物灭绝事件联系起来。因此，在大气海洋有氧化的进程中，探讨这些海洋缺氧事件的成因与规模及其可能对海洋生态系统产生的影响颇为重要，这也是组织该专辑的意义。
中晚寒武世，温室气候期的海洋底水氧化还原状态不稳定。LeRoy et al. 通过深水相页岩的铁组分和微量元素数据，恢复寒武纪鼓山阶-排碧阶长时间尺度的海洋底水化学状态变化；而Gill et al. 通过黑色页岩的δ98Mo估计碳同位素漂移事件SPICE（Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion）期间缺氧海底面积，指出局部地区缺氧海水在SPICE前已经开始扩张。早中奥陶世，伴随全球降温，海洋水体分层效应减弱，广海整体趋于氧化。Chen Y. et al.、Luan et al. 和Fang et al. 分别通过沉积学和地球化学手段重建浅水碳酸盐台地、台地边缘、台地内凹陷等不同沉积环境中的氧化还原条件变化，并提出这些变化对于同期生物事件成因的启示。
晚奥陶世-早志留世之交，海洋生物地球化学循环伴随冰期也发生变化。赫南特冰期期间，海洋循环加剧，营养盐循环增强（Liu et al.），表层海水生产力增加（Khan et al.），因此虽然浅水相区因海平面下降造成氧化还原界面变深，但外陆棚斜坡及深水相区底水依然保持缺氧状态，甚至硫化（Young et al.）。然而，Chen C. et al. 通过分析灰岩中存在的流体迁移现象，指出该时期的碳酸盐岩地球化学信号更容易受成岩作用影响。同时，Baucon et al. 则通过观察笔石、遗迹等化石特征，讨论缺氧海水影响下的生态系统变化。晚志留世发生的劳事件（LAU）及同期大幅度的全球碳同位素漂移，同样是全球气候变化和广海有机碳埋藏增加的结果；Bowman et al. 和 Fryda et al. 通过不同的地球化学指标和模拟计算，得出一致的结果。晚泥盆世的海洋缺氧事件，长时间以来一直被认为是同期生物灭绝事件的诱因，但其期次、持续时间和分布范围一直存在争议。Boyer et al. 通过分析同一沉积盆地不同环境的氧化还原条件变化，指出缺氧海水的扩张时间和分布范围决定水体缺氧对生态系统的影响程度和具体机制，未来研究应关注二者在时间和空间上的对应性。
另外，由责任客座编辑张俊鹏等完成的同名综述文章《Marine oxygenation, deoxygenation, and life during the Early Paleozoic: An overview》同时出版。该文章通过分析不同经典模型重建的大气氧气、二氧化碳含量波动及长时间尺度的气候转变，系统性地总结和评述早古生代各期次海洋缺氧事件的成因、特点及其与生物地质事件的关系，最后指出当前研究存在的问题并展望未来研究的发展趋势。
本研究得到中国科学院先导专项、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金委、国家留学基金委和美国航天局NASA Astrobiology Institute的共同资助。
早古生代大气-海洋环境综合变化图，包含大气O2和CO2含量，海水87Sr/86Sr和δ13C及表层海水温度（SST，℃），海洋动物多样性变化，陆生植物演化节点等（详见Zhang et al., 2021，图中灰色条带指示海洋缺氧事件）
早古生代大气-海洋环境综合变化图.jpg
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