2025年8月，成都理工大学沉积与生物地球化学国际研究中心李超教授团队佟金祚博士研究生在国际著名期刊Geochimica et Cosmochimica Acta中发表了最新研究成果，该研究提供了锌同位素证据，支持了晚埃迪卡拉纪Shuram Excursion结束期间海洋初级生产力增强的理论。佟金祚博士研究生为论文第一作者，程猛研究员为通讯作者。参与此项研究工作的有本中心李超教授、陈欣阳研究员、王海洋研究员，中国地质大学（武汉）胡军博士（现任职于本中心），美国辛辛那提州立大学Thomas J. Algeo教授及成都理工大学侯明才教授。

1. 研究背景

埃迪卡拉纪晚期的Shuram Excursion（SE）是地质历史时期最大的一次无机碳同位素（δ13C_carb）负偏事件，同时，有机碳同位素（δ13C_org）呈现出滞后的负偏趋势，与δ13C_carb发生了解耦，这表明Shuram Excursion期间存在显著的碳循环异常。另外，Shuram Excursion伴随着海洋氧化作用及宏观后生动物的出现，这可能反映了重大的生命-环境协同演化事件。近年来，诸多证据指明了当时海洋中的DOC库在该事件中发挥了重要作用，而重建当时海洋生产力的变化趋势是理解Shuram Excursion期间碳循环异常的关键。然而，对于现有海洋生产力指标的解释仍存在一定的不确定性，且以往针对Shuram Excursion期间海洋生产力趋势的研究尚未得出明确结论。例如，基于δ¹⁵N的研究认为Shuram Excursion末期生产力上升，但其他研究将这一信号归因于广泛的海洋氧化作用。同样，海洋重晶石的增加被解释为Shuram Excursion期间存在活跃上升流的证据，而碳酸盐结合态磷（CAP）的分析表明，埃迪卡拉纪晚期海洋中的磷库较小，这意味着大陆风化作用可能对海洋磷的可利用性起到了重要作用。

为探究海洋生产力的长期变化及其在Shuram Excursion恢复过程中的作用，本研究对华南地区两个剖面（九龙湾和ZK6305）埃迪卡拉系陡山沱组四段的黑色页岩进行了锌同位素、主量元素、微量元素及铁组分的分析研究。

图 1 研究剖面的地质框架（a）埃迪卡拉纪扬子地块古地理图（据Jiang等，2011年修改）。（b）黄陵地区古地理及研究剖面位置。（c）陡山沱组三段与四段典型的无机碳同位素和有机碳同位素特征

2. 研究发现

铁组分数据和Mo、U含量表明底水氧化还原条件以硫化条件为主，通过B/Ga指示水体盐度以及Mo/TOC指示海水Mo可用性的结果表明，水体与广海的连通性存在一定限制，符合剖面位于扬子板块的内陆架盆地的古地理特征。研究剖面的锌浓度变化范围广，δ⁶⁶Zn值在两剖面上部均出现明显的升高（九龙湾从+0.31 ‰至+0.70 ‰，ZK6305从+0.35 ‰至+0.62 ‰），与计算的自生组分的锌同位素趋势一致，且锌在样品沉积物中主要以硫化物形式存在，我们认为以上沉积环境导致H₂S将海水中的Zn定量去除至沉积物中，使得样品沉积物可以很好地记录到同期海水信号。我们针对两个剖面上所观察到的锌同位素值升高的可能机制进行了讨论，我们逐一分析了海水中Zn的源汇变化可能带来的影响，认为在埃迪卡拉纪晚期海洋初级生产力增强，有机质埋藏增加，促进了剖面上所观察到的Zn同位素值升高的特征。

图 2 九龙湾剖面和ZK6305剖面的陡山沱组四段地球化学数据

3. 研究意义

首次通过锌同位素证据证实Shuram Excursion末期海洋生产力增强，揭示其在碳循环恢复中的关键作用：生产力升高提升了沉积物中颗粒有机碳相对于溶解有机碳（DOC）的比例，削弱了溶解有机碳的缓冲效应，促使δ13C_carb与δ13C_org的再耦合；同时，增强的有机质埋藏移除了海洋中轻的碳同位素，推动δ13C_carb从异常的低值恢复。

图 3 锌同位素所记录的生产力增强及其对碳同位素耦合的影响模式图（a）SE期间；（b）SE恢复期间

论文信息：Tong, J., Cheng, M., Hu, J., Chen, X., Wang, H., Algeo, T. J., Hou, M., & Li, C. (2025). Zinc isotopic evidence for enhanced oceanic primary productivity during termination of the late Ediacaran Shuram Excursion. Geochimica et Cosmochimica Acta, 405, 66-79.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.08.015