近期，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范涌涵博士研究生在国际地球科学领域TOP期刊Global and Planetary Change上发表了最新研究成果。该研究利用创新的碳酸盐结合态磷酸盐（CAP）指标，为晚埃迪卡拉纪（约551-533 Ma）海洋中磷的可利用性提供了新证据，揭示了当时海洋可能具有较小的无机磷库。范涌涵博士研究生为论文第一作者，程猛研究员、陈欣阳研究员和李超教授为共同通讯作者。参与此项研究工作的有本中心王海洋研究员、张子虎研究员，英国圣安德鲁斯大学Catherine Rose博士，美国辛辛那提大学Thomas J. Algeo教授等学者。
1. 研究背景
晚埃迪卡拉纪是地球生命演化史上一个至关重要的转折时期，见证了分节躯体/两侧对称动物的出现、运动能力、生物扰动、捕食行为和后生动物生物矿化作用的出现与演化等。磷作为地质历史时期海洋初级生产力的最终限制性营养元素，被认为在此期间的生物革新与环境剧变中扮演了关键角色。然而，由于缺乏有效的古环境指标，晚埃迪卡拉纪海洋的磷可利用性一直存在争议，这阻碍了对当时生命-环境协同演化机制的深入理解。
2. 研究发现
为了破解这一科学难题，团队首次将碳酸盐结合态磷酸盐（CAP，以CAP/(Ca+Mg)比值表示）这一创新性的古海洋磷可利用性指标，应用于晚埃迪卡拉纪地层研究。本研究报道了来自两个古大陆边缘三条碳酸盐岩沉积序列的CAP/(Ca+Mg)新数据以及其他配套地球化学数据，具体地层包括：（1）卡拉哈里（Kalahari）克拉通纳米比亚南部Wituputs次级盆地纳马群（Nama Group）地层；（2）华南克拉通湖北三峡地区雾河剖面灯影组地层；（3）华南克拉通陕西宁强地区高家山剖面灯影组地层。这些沉积序列因完整保存埃迪卡拉纪末期地层而闻名，分别赋存着纳马生物群（Nama Biota）、石板滩生物群（Shibantan Biota）及高家山生物群（Gaojiashan Biota）（图1）。
图1. 研究剖面位置与地层对比图。A. 晚埃迪卡拉纪（~550 Ma）古地理重建，显示纳米比亚（Kalahari克拉通）和华南克拉通的研究位置。B. 华南地区岩相古地理图。C-D. 纳米比亚Nama Group地质图与地层垂向分布示意图。
研究结果显示（图2），所有剖面均呈现出持续偏低的CAP/(Ca+Mg)比值（范围：0.02-0.69 mmol/mol，平均值：0.13±0.01 mmol/mol），其数值处于现代海洋碳酸盐岩记录的低值区间。
图2. 晚埃迪卡拉纪CAP数据与现代海洋碳酸盐岩CAP值对比。本研究所有数据（Terminal Ediacaran Ocean）均落在分布图的低值区间，明确支持“晚埃迪卡拉纪海洋存在小规模无机磷库”的核心结论。
通过详细的岩相学和地球化学指标（如δ18O、Mn/Sr、Mg/(Mg+Ca)、Fecarb、TOC、轻稀土元素La等）综合分析，本研究认为全岩碳酸盐的CAP/(Ca+Mg)比值会在一定程度上受到多种因素的影响，其中铁结合态磷的释放与白云石化作用的影响在本研究部分样品中最为显著，二者均可导致CAP/(Ca+Mg)比值升高。但即便在这些作用影响最显著的层段，本研究测得的CAP/(Ca+Mg)比值仍持续处于低水平，且数值波动范围较窄（平均值：0.13 ± 0.01 mmol/mol，n = 264）。由于铁结合态磷与白云岩化作用的影响程度难以被精确量化，本研究对CAP数值的解读采取保守原则，将其视为古海水磷浓度的最大值。
此外，结合前人研究，依次排除了海水温度、海水pH以及碳酸盐矿物学特征转变对CAP/(Ca+Mg)比值的影响，这表明本研究选取的位于不同古纬度大陆边缘浅海碳酸盐岩记录的低CAP/(Ca+Mg)比值，最可能的解释是埃迪卡拉纪末期海洋（即陆架）浅水中的磷酸盐可利用性较低。
在现代海洋中，可溶性无机磷的浓度随水深变化以及不同海域之间的差异显著。一般真光层（浅水区）可溶性无机磷浓度主要受控于上升流强度与生物吸收作用之间的平衡关系，但现阶段研究认为埃迪卡拉纪末期海洋初级生产力相对较低，这表明了较低的生物摄取利用导致的磷消耗。此外，研究区可能存在持续的上升流活动将缺氧（甚至铁化）深部水体带入浅海，使得浅海贫氧与化变层周期性波动，这个过程一般也会将深部有机质再矿化产生的磷带至浅海使得磷浓度升高。然而，尽管预期会有营养盐输入，浅海沉积物仍显示出较低的CAP/(Ca+Mg)比值和较低的生产力。这可能表明深水本身的磷浓度较低（相对于现代海洋），意味着当时全球海洋磷库可能都较小。
综上，本研究低CAP/(Ca+Mg)比值，最为合理的解释是，当时海洋（至少陆架范围）中无机磷库的整体规模相对较小。
3. 研究意义
该研究为理解晚埃迪卡拉纪地球表层系统运行机制提供了新视角。首先，较小的海洋无机磷库与当时广泛存在的海洋缺氧、低大气氧水平等地质记录相符，数值模型也支持这种情况需要显著减少的海洋磷通量。其次，有限的磷可利用性可能解释了为何在晚埃迪卡拉纪生物矿化以碳酸钙为主，而广泛以磷酸钙为骨骼的“小壳化石”动物群直到之后的早寒武世才大量出现。最后，该研究表明，晚埃迪卡拉纪碳同位素（δ13Ccarb）的偏高值可能更多地反映了氧化还原条件控制的有机碳埋藏效率，而非极高的初级生产力。
此项研究深化了科学界对晚埃迪卡拉纪这一生命演化关键转折期，营养元素循环、海洋氧化还原动态与生命演化之间相互作用机制的认识，为后续开展前寒武纪 - 寒武纪转换期的生命 - 环境协同演化研究提供了新的思路与方法。
注：本研究晚埃迪卡拉纪（约551-533 Ma）这一时间约束主要基于以下论述。
传统观点将埃迪卡拉纪–寒武纪界限年龄定为538.8 Ma，这主要是基于在Kalahari克拉通Nama Group的火山灰放射性同位素年龄约束与以遗迹化石为代表的生物组合带首现层位（Linnemann等人，2018）。本研究533 Ma这一年龄约束主要基于BACE事件（the Basal Cambrian Carbon Isotope Excursion；埃迪卡拉纪—寒武纪转折期的一次全球性碳同位素负偏事件）的最新年代学数据，详见Nelson等人（2022 EPSL、2023 PNAS）、Bowyer等人（2025 ESR）以及Yilales等人（2026 EPSL）的研究。鉴于具有大量高精度定年数据的Nama Group上部未记录到BACE事件（Bowyer等人，2022，2025 ESR），这说明BACE事件最大起始年龄可能晚于Nama Group上部最新的年龄（537.95 ± 0.28 Ma；Nelson等人，2022），而BACE事件恢复阶段（基于Laurentia西南部T. pedum化石的首现层位）被Laurentia大盆地约533 Ma的最大沉积年龄所约束（Nelson等人，2023；Bowyer等人，2025）。
本研究的时间约束与近年来相关研究一致（Nelson等人，2023；Bowyer等人，2025；Yilales等人，2026）。
论文信息：Fan, Y., Cheng, M., Chen, X., Rose, C., Wang, H., Zhang, Z., Algeo, T. J., & Li, C. (2026). Carbonate-associated phosphate evidence for a small inorganic phosphorus reservoir in the terminal Ediacaran ocean. Global and Planetary Change, 258, 105284.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105284
