华南埃迪卡拉纪陡山沱期宏体化石生物群的古环境背景

The Ediacaran Period is an important transitional interval in Earth history, during which significant changes occurred in both biosphere and ocean. The well exposed fossliferous Ediacaran successions in the Yangtze platform, South China provide excellent material to study co-evolution of early macroscopic eukaryotes and paleoenvironment. Numerous studies have been carried out on the Ediacaran paleoenvironment, the results, however, are always inconsistent with the in situ preservation of macroscopic benthic eukaryotes and cannot tell the rapid fluctuation of the bottom water redox conditions. Our previous studies on the Lantian Formation black shales indicate that lamina-scale frambiodal pyrite analysis can be used to reveal the rapid fluctuation of redox conditions in Ediacaran. In this project, we will focus on the Doushantuo Formation black shales that yield Lantian, Miaohe and Wenghui biotas, and carry out high resolution, lamina-scale frambiodal pyrite analysis on the bulky rocks, macrofossil-bearing layers, non-fossil layers, as well as macrofossil bodies. We will also do lamina-scale iron speciation and sulfur isotope measurements. By combining with previously published data on the Ediacaran paleontology and paleoenvironment, we will try to elucidate the paleoenvironmental changes for benthic macrobiota-bearing black shale deposition, and the living and preserving conditions of the benthic macrofossils. The results will provide important clues for elucidating the Ediacaran paleoenvironmental changes and their effect on the early life evolution.

埃迪卡拉纪的地球环境和生物面貌都发生了重大的转变。华南扬子地台埃迪卡拉系出露完好，化石丰富，为研究早期生命演化和环境变化提供了良好的素材。前人对扬子地台埃迪卡拉系进行了详细的古环境研究，但研究结果往往和底栖宏体生物群的存在相互矛盾，并且难以揭示古海洋环境在短时间内的快速变化。申请者通过前期的工作发现黑色页岩中微层级草莓状黄铁矿的研究可以揭示古环境的快速波动。本研究将选取扬子地台陡山沱期蓝田生物群、庙河生物群和瓮会生物群赋存层段的黑色页岩进行高精度的微层级草莓状黄铁矿研究，化石赋存层、无化石层和化石体的草莓状黄铁矿研究，并开展微层铁组分和黄铁矿硫同位素分析，结合前人取得的古生物和古环境资料，详细讨论埃迪卡拉纪陡山沱期化石赋存层段的高分辨率古海洋环境变化，进一步明确古海洋环境与生物生存、保存之间的相互关系。研究结果将为探讨埃迪卡拉纪古海洋环境的变化及其与早期宏体生命演化之间的联系提供新的线索。

根据项目设计，申请者对保存有宏体化石生物群的埃迪卡拉纪皖南蓝田组（蓝田生物群）和贵州桃映陡山沱组（瓮会生物群）进行了详细的氧化还原指标分析。铁组分、硫同位素和微量元素等数据表明蓝田生物群保存于硫化环境之中，而瓮会生物群保存于铁化环境之中。这与宏体生物群的生存需要大量氧气的基本事实相悖。结合以前微层草莓状黄铁矿的证据，推断两个化石生物群赋存的岩性应该是沉积于氧化还原环境不断波动的水体之中，由于压实或者成岩作用导致生物群生存的沉积信息被改造或者抹去。虽然两个生物群保存环境存在一定的差异，但都保存在缺氧环境下，说明缺氧环境对于生物的特异埋藏具有重要意义。而通过进一步的化石形态和结构的研究发现蓝田生物群存在普遍的黄铁矿化，而瓮会生物群则缺失黄铁矿化。铁组分的研究表明，蓝田生物群保存环境中存在大量的硫化氢，而瓮会生物群保存水体中则没有游离硫化氢，结合这些证据推断化石保存环境的水体物理化学性质对化石的保存形式有着明显的制约作用。.蓝田化石体和化石保存层的草莓状黄铁矿具有明显的直径差异，表现为化石体的草莓状黄铁矿明显大于围岩。这一结果进一步证实蓝田生物群生活于氧化水体而在还原水体中保存；参考现生同等大小藻类的生存年限和有机质的降解速度，申请者推断埃迪卡拉纪早期蓝田地区的古海水氧化还原状态存在季度到十年尺度的波动现象。.蓝田岩芯剖面附近的株树坞剖面和桃映剖面附近的岩芯剖面的铁组分和硫同位素的数据显示了和蓝田剖面、桃映剖面完全不同的氧化还原环境。这两对剖面相距不远，这些数据表明埃迪卡拉纪早起不论是上扬子还是下扬子区海洋均表现为强烈的分层和不均一性。.目前的研究进展较好的揭示了埃迪卡拉纪早中期宏体生物群的生存和保存与环境的紧密联系，与此同时更揭示了埃迪卡拉纪早期古海洋环境在短时间尺度上的波动现象。