现代快报讯（记者 胡玉梅 储希豪）距今约 4.6 亿年前的奥陶纪生物大辐射，让整个海洋变得热闹起来，生物多样性急速增加。然而，当生物多样性达到峰值后出现逆转现象，这究竟是什么原因导致的呢？
△奥陶纪台地浅海的海底生物景观复原图（470ma，据 Lamb&Sington，1998）
最近，中国科学院南京地质古生物所科研人员与国外同行合作研究发现，当时缺氧海水扩张，可能是生物多样性下降的诱因。相关研究成果发表在国际知名刊物《地球与行星科学快报》上。
奥陶纪生物大辐射后出现逆转
奥陶纪是指寒武纪之后的一个地质年代，距今约 4.8 亿年— 4.4 亿年，延续了 4160 万年。这是个地质事件多发时期，也是生物圈演化精彩纷呈、承前启后的关键转折时期。
在奥陶纪中叶，大气中二氧化碳含量持续下降，地球走出长达几千万年的温室气候，氧气含量一度达到现代大气水平的一半，表层海水几乎彻底氧化。这样宜居的环境，让古生物在 " 寒武纪生命大爆发 " 之后又进入了新一轮的 " 黄金繁育期 "，尤其是在海洋中，生物多样性剧增，生态系统逐渐趋于复杂和稳定。
△真金剖面与安页 1 井的地球化学数据
当时的低纬度海域表层海水平均温度约 25 ℃ -30 ℃，与现代赤道气候十分接近。处于低纬度地区，如华南板块、劳伦板块和波罗地板块的大陆架浅水区，成为适宜生物繁衍的环境。因此，在这些板块的奥陶沉积岩中，发现了大量精美的化石，如三叶虫、腕足类、头足类、笔石、几丁虫等。
地质学家们通过这些化石绘制出生物多样性曲线，发现海洋生物多样性在 4.6 亿年前出现过一个峰值，达到了 300-400 余种，这一现象被古生物学界称为 " 奥陶纪生物大辐射 "。对于奥陶纪生物大辐射的成因，曾有科学家提出气候变冷、大气氧化、海平面上升，甚至还包括小行星分解等多种学说。
△中奥陶世达瑞威尔期的全球古地理再造
然而，在最新绘制的高分辨率生物多样性曲线中，华南的种一级（生物分类单元可以分为域、界、门、纲、目、科、属和种）多样性在一路上升达到峰值后，开始出现大幅度下降，在 900 万年的时间里降低了近 50%，这一现象引起了地质学家们的关注。
缺氧海水扩张或是诱因
究竟是什么原因，使多样性在达到奥陶纪生物大辐射峰值后不增反降了？
中国科学院南京地质古生物所张俊鹏博士、张元动研究员与国外同行开展了合作研究。他们的研究成果表明，奥陶纪的开阔大洋深部并未大范围氧化，气候变冷期的缺氧海水扩张，可能是多样性出现明显转折的诱因。
△数据关系投图（A、B、C）与海水钼同位素模拟结果（D）
张俊鹏告诉记者，支持这种观点的最新证据，是来自于我国华南地区中-上奥陶统黑色页岩，主要分布于我国湖南、江西、浙江、安徽等地。同时代的黑色页岩还包括我国塔里木地区的萨尔干组与华北鄂尔多斯地区的乌拉力克组，以及劳伦板块西北缘的 Roadriver Group 和波罗的板块的 Alum Shale 等。他说，这些黑色页岩形成于容易受到上升洋流影响的中低纬度近海盆地，发现黑色页岩说明沉积岩中富含有机质，而且在缺氧的情况下更容易保存下来。
张俊鹏介绍，与现代海洋一样，当气候变冷时，来自高纬度的深部冷流会以上升洋流的形式，携带更多营养盐到达中低纬度的大陆架，" 这会刺激表层海水产生更多有机质，当这些有机质向下到达海底时，分解会消耗大量溶解氧，这就会造成海底缺氧现象。"
" 足够多的有机质从表层海水向下输出，会导致海底缺氧面积扩大，并沿着大陆架进入浅水环境，影响水体生态。" 张俊鹏表示，这一现象与现代湖泊因浮游生物爆发性集聚繁殖而造成的 " 赤潮 " 类似，会造成其他大量生物死亡。然而，在大陆架浅水区影响范围更大，持续时间更长，对海洋生态系统造成严重的破坏。
△中-晚奥陶世气候 - 环境变化与生物事件综合图
张俊鹏介绍，从全球尺度来看，越来越多的地质证据表明，奥陶纪的海洋深部并未被大范围氧化，并且频繁地发生缺氧海水扩张并上涌危害透光层的现象。他说，在晚寒武世，大气二氧化碳浓度是现代大气水平的 15-20 倍，虽然进入奥陶纪，得到了缓解，但是海洋的氧化相较于大气氧化，存在较大滞后性。因此，中 - 晚奥陶世的海洋中，频繁出现的海洋缺氧现象，一直在影响海洋生物群落的繁盛。当这种影响严重时，就会表现为海洋生物多样性的大幅下降。
我们今天关注的 " 全球变暖 " 和 " 双碳战略 "，即为控制温室气体如二氧化碳等的排放和存储，以保证其在地球表层圈层的动态平衡。张俊鹏表示，需要我们注意的是，不是正在升高的平均温度，而是地球打破气候稳态时出现的一系列气候、陆地、海洋的剧烈环境变化、伴随的地质灾害及其对生态系统的影响。（中国科学院南京地质古生物研究所供图）
（编辑 王鹏）
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