奥陶纪生物大辐射事件(Great Ordovician Biodiversification Event-GOBE)是一次重要的全球性海洋生物多样性大辐射事件，特别是中奥陶世时期海洋生命多样性呈现脉冲式加速特征并达到顶峰，其驱动因素包括气候逐渐适宜和凉爽、大气氧气浓度增加，以及营养盐输入的增加等。最新高分辨率古生物学数据统计表明，中奥陶世时期不同古陆的海洋生物多样性演化速率表现出不同步的模式。例如，与劳伦、波罗地等其它古陆不同，华南古陆附近的生物多样性比其他大陆更早触及顶峰，即在大坪期—达瑞威尔期转换阶段到达顶峰，随后物种多样性开始下降。因此，华南地区在达瑞威尔期的环境和海洋特征对生物多样化的影响十分值得探究。
中奥陶世富有机质页岩在全球广泛分布，特别是华南的江南斜坡带区域尤为发育。除受到古地理位置和海平面升降控制外，富有机质页岩的形成通常与缺氧-硫化环境和重大生物多样性波动有关。前人基于U同位素结合Mo同位素的研究，揭示了达瑞威尔期全球海洋氧化还原的时空变化，表明深水远洋区域存在广泛的缺氧海水。然而，缺氧的程度和空间分布、与同期气候变化的相互作用以及对生物多样性的系统性影响仍然不清楚。
为了阐明中奥陶世生物多样性、气候和海洋系统之间的相互作用，中国地质调查局南京地质调查中心方朝刚高级工程师等在开展下扬子地区页岩气地质调查工作中，联合中国科学院地质与地球物理研究所刘牧副研究员和云南大学刘波教授等，对皖南宣城市西津河剖面深水斜坡相奥陶系宁国—胡乐组富有机质页岩进行了系统的沉积学和地球化学研究。通过生物地层学和岩石地层学联合约束，系统地建立了华南地区中奥陶世大陆风化强度变化趋势及其相关的古气候意义，进而勾画了海洋环流模式、氧化还原演化、初级生产力水平及其对生物演化的影响。研究发现，在早奥陶世弗洛期至中奥陶世大坪期，下扬子地区的气候从温暖缓慢转冷，江南斜坡带处于相对低氧-氧化的环境。本阶段海水保持相对稳定分层结构，缺氧水体稳定在深水区域，并没有对陆棚-斜坡相生物的栖息地产生影响。进入到达瑞威尔期，大陆化学风化强度波动剧烈并持续减弱，揭示气候开始显著变冷降温，同时黑色页岩中氧化还原敏感元素与营养元素开始大量富集，江南斜坡地区缺氧程度开始加剧。这说明长周期的气候变冷使得海洋循环作用增强，分层海洋结构逐渐被活跃的上升流所扰乱，上升流将深海富含营养的缺氧硫化的水体带入浅海，使得中奥陶世时期华南地区生物栖息地范围受到压缩，生态压力增大。这解释了华南地区GOBE达到顶峰后，生物多样性辐射的停滞甚至下降，即由气候环境驱动的海洋结构失稳，导致深部缺氧硫化的水体扩散到浅海陆架海地区，对华南区域性浅海海洋生物演化造成了压力，迟滞了华南中奥陶世海洋动物群的快速多样化，并表现出与全球其他地区不同的生物演化趋势。
图1 下扬子西津河剖面下中奥陶统关键地球化学指标及地质事件关系 图2 华南早中奥陶世古海洋演化模式图
研究成果发表在国际知名地学SCI期刊 《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》。该研究得到了国家自然科学基金项目（42102123，42302124）、国家重点研发计划项目（2022YFF0800401）和中国地质调查局项目（DD20221662）联合资助。
原文链接：C. Fang, M. Liu, C. Zhang, et al., Middle Ordovician climatic and oceanic destabilization in a slope-setting of the Yangtze platform, South China, and its role as a regional brake on the Ordovician radiations, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2024), doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112265