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寒武紀(jì)大爆發(fā)使幾乎所有現(xiàn)生動(dòng)物門類快速在地球出現(xiàn)，是地球生命演化史上關(guān)鍵的里程碑事件之一。已有古生物和地球化學(xué)證據(jù)表明，動(dòng)物在寒武紀(jì)早期爆發(fā)過程中，呈現(xiàn)出“脈沖式”演化模式，并伴隨海水無機(jī)碳和硫酸鹽硫同位素的同步波動(dòng)，這或與大氣、淺海的周期性“增氧”直接相關(guān)。然而，學(xué)界對(duì)調(diào)控這一時(shí)期脈沖式增氧的驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚不明晰。近期，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究團(tuán)隊(duì)等，通過頻譜分析和地球系統(tǒng)箱式模型模擬，揭示了地球長(zhǎng)時(shí)間尺度的軌道變化或是這一脈沖式增氧過程的幕后推手。此前，有研究利用俄羅斯西伯利亞寒武紀(jì)早期連續(xù)的碳酸鹽巖地層剖面獲得的樣品，揭示寒武紀(jì)早期，海洋動(dòng)物多樣性在約200萬年至300萬年的時(shí)間尺度上呈現(xiàn)周期性變化，這與海水碳、硫同位素的同步漂移在時(shí)間上高度吻合。科研人員認(rèn)為，全球有機(jī)碳和黃鐵礦埋藏周期性變化，導(dǎo)致大氣和淺海氧含量周期性波動(dòng)，進(jìn)而影響海洋動(dòng)物早期演化模式?？蒲腥藛T進(jìn)一步提出，這些百萬年尺度的地球表層環(huán)境變化，或由長(zhǎng)周期的地球軌道變化所驅(qū)動(dòng)。軌道變化通過改變地球不同緯度接收太陽輻射的分布差異，使氣候周期性波動(dòng)。這一周期性變化可能影響了大陸風(fēng)化作用強(qiáng)度，以及磷等關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)向海洋輸送。營養(yǎng)物質(zhì)的周期性輸入，刺激海洋光合作用和有機(jī)碳埋藏，從而導(dǎo)致大氣和海洋氧含量周期性增加。為論證這一假說，該研究對(duì)已發(fā)表的寒武紀(jì)早期碳–硫同位素記錄進(jìn)行了頻譜分析。結(jié)果顯示，這一時(shí)期碳、硫同位素記錄中存在1.2百萬年、2.6百萬年及4.5百萬年的長(zhǎng)周期變化，與長(zhǎng)周期軌道變化周期一致。隨后，研究團(tuán)隊(duì)在最新的深時(shí)地球系統(tǒng)箱式模型（SCION）中添加了氣候軌道驅(qū)動(dòng)因子，并對(duì)這一過程開展了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，軌道驅(qū)動(dòng)的氣候變化可復(fù)現(xiàn)海水碳–硫同位素的同步周期性變化，論證了這一假說的可行性。同時(shí)，模型敏感度實(shí)驗(yàn)表明，海洋中的低硫酸鹽濃度，或放大了碳–硫–氧生物地球化學(xué)循環(huán)對(duì)軌道驅(qū)動(dòng)營養(yǎng)物質(zhì)輸入的響應(yīng)幅度，是寒武紀(jì)地球系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要短板。這一研究對(duì)學(xué)界理解寒武紀(jì)生命大爆發(fā)節(jié)拍，和其他時(shí)期周期性的碳、硫、氧循環(huán)提供了新思路和新視角。相關(guān)研究成果發(fā)表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、江蘇省、英國自然環(huán)境研究理事會(huì)的支持。論文鏈接SCION模型中新增的軌道驅(qū)動(dòng)氣候變化SCION模型模擬結(jié)果