板块运动和生物创新塑造的海洋氧气景观

海水的含氧量对生物必需元素的循环和地球的宜居性有着深远的影响。但自 5.38 亿年前显生宙开始以来，海洋氧气景观(即氧气水平的空间格局)如何以及为何演化尚不清楚。

为了解决这个问题，中国科学院地质与地球物理研究所(IGGCAS)王祥利研究员和成都理工大学李超教授领导的研究人员以及辛辛那提大学和美国国家科学院院士的合作者南京地质古生物研究所基于机器学习方法重建了显生宙近乎连续的海洋含氧量空间格局记录。

该研究于 10 月 26 日发表在《自然地球科学》上。

他们发现，在 10 至 1 亿年的时间尺度上，大陆架深层海水中的氧含量与洋壳的生成速率(板块运动速度的指标)呈负相关。在较短的时间尺度(即百万年)内，重建的氧气演化过程的里程碑在时间上与重大生物创新相一致(例如大约4亿年前植物在陆地上的殖民和大约2.5亿年前海洋浮游动物的革命) )和超大陆循环(例如盘古大陆分别在 420 年前和 2 亿年前的合并和分裂)。

“大气中的氧气含量并不总是与海洋中的氧气含量相关，”王教授说。

在植物出现之前，大陆架深处充满了溶解有机物和二价铁等还原剂。因此，尽管大气中的氧气水平显着上升，但大陆架深处仍然基本上没有氧气，只有短暂的氧化事件。植物在大陆上定居后，大气中的氧气能够到达大陆架深处(主要是通过温盐环流)，逐渐导致大陆架区域形成“三明治状”的海洋氧结构，中间夹有缺氧的中间层。富氧的表层和深层。在这种情况下，大气和深大陆架海洋的氧气水平呈正相关。

大约2.5亿年前，随着海洋浮游动物的出现，它们的硬壳和粪便颗粒帮助颗粒有机物更快地从上层海洋沉入深水中，从而带走了深海的氧气。因此，尽管大气中的氧气含量仍然很高，但由于生物泵的起伏，深大陆架的氧气含量却发生了巨大的变化。

海洋缺氧(即溶解氧的消耗)经常被怀疑是海洋动物死亡的原因之一。然而，这项研究表明，海洋缺氧的程度并不总是与高海洋动物灭绝率相关。

这种意想不到的相关性发生在海平面海拔较低的时期(例如300-1.7亿年前)，其中灭绝率与海洋缺氧的强度呈负相关，这表明海洋缺氧的加剧并不是造成这种现象的主要原因。在此时间间隔内海洋动物灭绝率较高。其他因素，例如由于海平面大幅下降或温度快速变化而导致大陆架栖息地丧失，可能与低海平面时期的高灭绝率有关。