距今約4.6億年的奧陶紀大輻射，是地球歷史上規模最大的生物輻射事件之一。這一時期，生物多樣性急劇增加，在達到峯值之後出現逆轉式下降。中國科學院南京地質古生物所科研人員與國外同行合作的最新研究發現，奧陶紀氣候變冷期的缺氧海水擴張，可能是大輻射期間生物多樣性達到峯值之後發生明顯轉折的誘因。

澎湃新聞10月19日從中國科學院南京地質古生物所獲悉，相關研究成果已於近日發表在國際知名刊物《地球與行星科學快報》（Earth and Planetary Science Letters）上。

奧陶紀臺地淺海的海底生物景觀復原圖（470ma，據 Lamb&Sington，1998） 本文圖均由受訪單位提供

距今約4.6億年的奧陶紀中葉，是地質歷史上“寒武紀生命大爆發”之後海洋生命的又一個“黃金繁育期”。大氣二氧化碳含量持續下降，地球走出長達幾千萬年的溫室氣候，而氧氣含量呈現階段性增長並一度達到現代大氣水平的一半，表層海水幾乎徹底氧化。這樣宜居的環境下，使得海洋生物多樣性劇增，生態系統逐漸趨於複雜和穩定。與此同時，早期陸地植物也開啓它們的陸地開荒之旅。據悉，當時的低緯度海域表層海水平均溫度約25-30℃，與現代赤道氣候十分接近。處於低緯度地區的大陸架，如華南板塊、勞倫板塊和波羅的板塊的近海陸棚，成爲適宜生物繁衍的環境。因此，這些板塊在奧陶紀保存下的沉積岩中，發現大量精美的化石，如三葉蟲、腕足類、頭足類、筆石、幾丁蟲等。

古生物學研究，通過確定這些化石的屬種並統計多樣性，繪製出生物多樣性曲線，發現海洋生物多樣性在中奧陶世達瑞威爾期出現峯值，這一現象被稱爲“奧陶紀生物大輻射”。最新的高分辨率生物多樣性曲線表明，華南的種一級（生物分類單元可以分爲域、界、門、綱、目、科、屬和種）多樣性在生物大輻射峯值之後出現近50%的降低，這一發現近來引起地質學家的重視。

對於“奧陶紀生物大輻射”，前人曾提出多種成因假說，如氣候變冷、大氣氧化、海平面上升，甚至包括地外因素如小行星分解等。然而，多樣性峯值之後的轉折及其環境背景機制，卻一直未被深入研究。中國科學院南京地質古生物所張俊鵬博士、張元動研究員與國外同行最近合作完成的研究表明，奧陶紀的開闊大洋深部並未大範圍氧化，氣候變冷期的缺氧海水擴張，可能是多樣性出現明顯轉折的誘因。

張俊鵬稱，支持這種觀點的最新證據，來自於我國華南地區中-上奧陶統黑色頁岩，主要分佈於我國湖南、江西、浙江、安徽等地。無獨有偶，同時代的黑色頁岩還包括我國塔里木地區的薩爾幹組與華北鄂爾多斯地區的烏拉力克組、勞倫板塊西北緣的Roadriver Group和波羅的板塊的Alum Shale等。這些黑色頁岩，均形成於容易被上升洋流影響的中低緯度近海盆地。

張俊鵬表示，跟現代海洋一樣，氣候變冷時，來自高緯度的深部冷流增強，會以上升洋流的形式攜帶更多營養鹽到達中低緯度的陸棚區，刺激表層海水生產力增高，向下輸出的有機質增多，到達海底的有機質分解時消耗大量溶解氧，從而造成海底缺氧現象。這些缺氧海水，尤其是硫化氫和重金屬富集的海水，會伴隨上述效應的增強而發生擴張，沿陸棚進入淺水環境時影響水體生態。這一現象和現代湖泊的“赤潮”類似，但影響範圍更大，持續時間更長，因此對海洋生態系統的破壞更嚴重。

中 - 晚奧陶世氣候 - 環境變化與生物事件綜合圖

從全球尺度來看，越來越多的地質證據表明，奧陶紀的海洋深部並未被大範圍氧化，且頻繁地發生缺氧海水擴張並上湧危害透光層的現象。晚寒武世，大氣二氧化碳濃度異常，可達現代大氣水平的15-20倍，溫室氣候下的海洋水體循環速率緩慢，易出現海水分層化、底水缺氧現象。進入奧陶紀，這一效應雖然得到緩解，但海洋的氧化相較於大氣氧化，存在較大滯後性。因此，中-晚奧陶世的海洋中，頻繁出現的海洋缺氧現象，一直在影響海洋生物羣落的繁盛。當這種影響嚴重時，表現爲海洋生物多樣性的大幅下降。

張俊鵬說，我們今天關注的“全球變暖”和“雙碳戰略”，即爲控制溫室氣體如二氧化碳等的排放和存儲，以保證其在地球表層圈層的動態平衡。但更需要我們注意的是，不是正在升高的平均溫度，而是地球打破氣候穩態時出現的一系列氣候、陸地、海洋的劇烈環境變化、伴隨的地質災害及其對生態系統的影響。