埃迪卡拉紀是介於以極端冰期為特徵的成冰紀和以寒武紀大爆發為特徵的寒武紀之間的地質年代。在這一時期，地球上發生了史上規模最大的海洋碳同位素負異常事件。對於該事件的具體發生時間、成因機制等，學術界一直有較大爭議。

近期，中科院南京地質古生物研究所（以下簡稱南京古生物所）研究員朱茂炎領導的一支國際合作團隊，在埃迪卡拉紀高精度地質年代學研究中取得重要進展，為揭示地球這一關鍵轉折期的演變提供了一個全新時間框架。相關研究成果11月3日線上發表於《科學進展》。

“在高精度地質年代學中，鋯石CA-ID-TIMS U-Pb定年方法是精準度最高的基準方法，但制約因素也較多，其中最重要的是U-Pb稀釋劑。U元素比較敏感，一些西方國家禁止向我國售賣和運輸。”論文第一作者、英國地質調查局博士楊傳告訴《中國科學報》，他即將加入南京古生物所，希望利用所學建設國內的鋯石CA-ID-TIMS U-Pb年代學實驗室。

地球宜居的轉折期

“大約在7。17億～6。35億年前，地球進入雪球時期，表面幾乎被冰雪覆蓋。這時候大氣海洋系統的氧含量還處於較低水平，海洋以缺氧的海水為主。”楊傳介紹，在埃迪卡拉紀之前，生命以微生物的形式為主，宏體生物很少。

進入距今6。35億～5。39億年的埃迪卡拉紀後，地球剛從幾乎被冰雪覆蓋的極端寒冷氣候中甦醒過來，表層海洋以氧化的海水為主，表層海洋之下以缺氧的海水為主。伴隨著週期性的氧化事件，大氣氧含量逐步升高。特別是海洋中的無機碳同位素發生劇烈波動，表明底層大洋可能發生間歇性氧化。

楊傳分析指出，這一系列環境事件可能導致了埃迪卡拉紀的宏體複雜生物的繁盛，特別是動物開始出現併發生分異，海洋生態系統由微生物佔主導的席狀生態系統向類似現代海洋生態系統轉變。

埃迪卡拉紀時期地球的岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈均發生了劇烈變化，隨著宏體生物出現並演化，動物化石也開始出現。

楊傳說：“到埃迪卡拉紀晚期，寒武紀大爆發開始，形成類似如今海洋的生態系統。所以說埃迪卡拉紀是地球宜居性演化的一個重要轉折期。”

因此，揭示埃迪卡拉紀地球表層各系統演變與複雜生命崛起之間的相互聯絡和機制，成為當今地球系統科學和宜居性研究的前沿課題。其中，高精度地質年代學是研究這些科學問題的關鍵。

早於5.56億年前結束

已有研究顯示，國際上將埃迪卡拉紀發生的地球歷史上最大的海洋碳同位素負異常事件稱為Shuram事件，在我國華南稱為DOUNCE事件。Shuram/DOUNCE事件的年齡、持續時間和成因機制等，是建立埃迪卡拉紀全球年代標準和解決埃迪卡拉紀生命與環境演化問題的關鍵。

近年來，有關Shuram/DOUNCE事件及其與宏體複雜生物起源演化之間成因聯絡等問題的研究，成為地球科學領域的熱點，圍繞這些科學問題的爭議非常激烈。

我國華南埃迪卡拉紀陡山沱組（距今6。35億～5。50億年）不僅儲存有豐富的化石記錄，而且以碳酸鹽巖和黑色頁岩為主的岩石組合為開展地球化學研究提供了最佳素材。

2005年，麻省理工學院博士Dan Condon、教授Sam Bowring與朱茂炎團隊合作，首次將Shuram/DOUNCE事件的結束時間確定為5。51億年前，奠定了陡山沱組高精度地質年代學研究的基礎。相關研究成果發表於《科學》。

隨著研究的深入，陡山沱組上部碳酸鹽巖碳同位素地層的區域複雜性逐漸被揭示。陡山沱組上部地層的區域對比，以及與之相關的陡山沱組上部地層中碳同位素負漂移事件的次數、Shuram/DOUNCE事件的層位及年齡，再次成為學界爭論的焦點。

針對上述關鍵科學問題，研究團隊對華南陡山沱組中部的黑色頁岩和陡山沱組上覆的燈影組，以及留茶坡組中的火山灰夾層，分別開展黑色頁岩Re-Os和鋯石CA-ID-TIMS U-Pb地質年代學研究。

研究團隊獲得的年代學資料不僅為陡山沱組中的具刺疑源類、甕安生物群、翁會生物群、廟河生物群及燈影組中的典型埃迪卡拉化石組合提供了年齡約束，而且確定了陡山沱組中碳同位素負漂移事件的時代。

“此次我們的研究將華南埃迪卡拉紀斜坡相的Shuram/DOUNCE事件結束的時間確定為早於5。56億年前。”楊傳介紹，如果說Shuram/DOUNCE事件具有全球等時性的話，那麼華南埃迪卡拉紀臺地相陡山沱組上部至少記錄了兩次碳同位素負漂移事件。年齡偏老的持續時間長的是Shuram/DOUNCE事件，年齡偏年輕的事件持續時間比較短，結束於5。50億年前。

上述結論還得到了其他地區埃迪卡拉紀碳酸鹽巖碳同位素和年代學資料的支援，比如加拿大、阿曼、巴西和奈米比亞。綜合資料表明，Shuram/DOUNCE事件發生在距今5。75億~5。65億年之間，誤差在5百萬年左右（主要基於黑色頁岩Re-Os年代學資料）。

提供年代學依據

此前已經發表的資料顯示，埃迪卡拉生物群（5。75億~5。39億年前）包括三個演化組合：阿瓦隆組合、白海組合和納瑪組合，其中阿瓦隆組合年齡為5。75億~5。60億年前，納瑪組合的年齡為5。50億~5。39億年前。

楊傳介紹，該項研究的另一重要進展是重新釐定了埃迪卡拉生物群這三個演化組合之間的時間關係，為認識它們之間的演化程序奠定了基礎。

為解決白海組合的年齡問題，研究團隊透過與俄羅斯同行合作，對俄羅斯境內記錄有白海組合的地層中的火山灰夾層開展了高精度地質年代學研究。結果表明，白海組合開始的時間稍早於5。57億年前，結束的時間略晚於5。53億年前。

基於已經發表的和新的年代學資料，研究團隊將埃迪卡拉紀的碳酸鹽巖碳同位素資料和化石記錄綜合起來，建立了最新的埃迪卡拉紀綜合年代學模型。該模型不僅為埃迪卡拉系的劃分與對比奠定了基礎，而且為探討埃迪卡拉紀生物快速演化與同時期海洋碳酸鹽巖碳同位素劇烈波動之間的成因聯絡提供了年代學依據。

“在世界範圍內埃迪卡拉紀的記錄比較碎片化，而將碎片化的資訊綜合得出完整畫面，需要大量的精度足夠高的定年資料。”楊傳道出了這項研究的難點，“關鍵層位缺乏適合定年的素材、地質記錄的不完整導致資料解釋的不確定性。”

他表示，目前更多工作還在開展中，新資料的發表、新方法的運用，以及對其他研究程度較低的地區進行更深入的研究，將是主要的努力方向。

相關論文資訊：https：//doi。org/10。1126/sciadv。abi9643