寒武纪发生了多次生物灭绝与环境扰动事件，其中寒武纪第二世与第三世界线附近的Redlichiid-Olenellid三叶虫灭绝碳同位素漂移事件（ROECE事件）与三叶虫的演化更替高度同步。ROECE事件是理解寒武纪大爆发期间生命与环境协同演化的重要窗口，然而关于ROECE事件的驱动机制，学界仍存在显著争议。
近日，中国科学院院士、南京地质古生物研究所研究员朱茂炎团队的张莹刚博士，联合南京大学杨涛教授、河海大学何天辰教授、英国利兹大学Benjamin Mills教授和Robert Newton教授等中外学者，通过对ROECE事件的海水硫同位素记录研究，结合COPSE生物地球化学模型，揭示了底层缺氧水体上涌是驱动ROECE事件以及相关三叶虫演化更替的核心机制。相关研究成果发表在国际地学期刊《全球与行星变化》（Global and Planetary Change）上。
以往研究主要关注ROECE期间显著的碳同位素负偏移，并提出了多种假说，如Kalkarindji大火成岩轻碳的释放、海侵过程中底层厌氧水体上涌等。但由于缺少海水硫同位素组成的约束，很难进一步探究这些假说的可行性。
本研究通过对塔里木盆地的肖尔布拉克剖面开展系统的碳酸盐岩采样，获得了ROECE事件前后的碳酸盐岩微量硫酸盐（CAS）的硫同位素新数据（δ34SCAS）。研究发现，在ROECE事件发生前，海水碳、硫同位素呈现显著的正相关耦合特征；然而，在ROECE事件期间，碳、硫同位素表现为明显的“解耦”现象：即碳同位素发生剧烈负偏，而硫同位素则显著正偏（图1）。
为了定量评价这一异常特征的成因，研究团队利用COPSE生物地球化学箱式模型开展了数值模拟工作。模拟结果显示，大火成岩省释放的轻碳（以及初级生产力变化或者碳酸盐岩风化强度变化等假说）无法解释碳同位素负偏和硫同位素正偏的同步发生。相反，“底层缺氧水体上涌”模型可以复现ROECE事件期间的海水碳-硫同位素特征：寒武纪缺氧水体很可能富含溶解有机碳（DOC），在全球大规模海侵过程中，缺氧水体的上涌，导致DOC与氧气接触被氧化，贡献了大量的负碳信号；同时，随着DOC氧化消耗氧气，水体缺氧程度增加、硫酸盐还原作用增强，黄铁矿埋藏量显著增加，导致海水的硫同位素正偏（图2）。
该研究进一步指出，大规模海侵过程中的缺氧水体上涌不仅改变了海洋碳循环，还直接导致了水体氧含量的骤减（图2）。这种缺氧环境压力，极大地限制了当时海洋中三叶虫的生存空间，从而触发了ROECE事件中三叶虫等生物的快速更替。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委（NSFC）、江苏省卓越博士后计划以及英国自然环境研究理事会（NERC）的联合资助。
论文相关信息：Zhang, Y., Yang, T., He, T, Mills, B. J. W., Newton, R. J., Zhao, M., Yang, L., Zhu, M. (2026). Shoaling of anoxic water as a driver of the Cambrian ROECE event: new sulfur isotope evidence from the Tarim Basin. Global and Planetary Change, 261, 105403. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105403.
塔里木盆地肖尔布拉克剖面吾松格尔组至沙依里克组碳酸盐岩碳-硫同位素变化
底层缺氧水体上涌过程中溶解有机碳氧化情景的模拟结果
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