火山-热液磷脉在南中国埃迪卡拉纪磷灰岩成因期间促进了海洋氧化

古海与我们呼吸的空气

今天空气中的氧气默默支撑着我们的每一次呼吸，但在六亿多年前，地球的海洋才刚刚开始为这种转变创造条件。本研究考察了来自南中国的岩石，以揭示一个核心问题：古海中的营养物质——部分由火山提供——如何帮助地球从低氧世界转变为能够支持复杂动物的环境？

封存于富磷岩石中的线索

研究者聚焦于磷灰岩——富含营养元素磷的岩石，这些岩石保存在南中国名为龙溪的埃迪卡拉纪都山陀组。磷是生命的重要成分，常常限制海洋中微型植物的繁茂程度。通过在显微镜下观察岩石纹理并测定63个样品的化学成分，他们重建了这些磷灰岩在一个浅而有些受限制的海域中形成的过程，该海域位于古代扬子陆块的边缘。

火山作为营养供应源

多条证据线索表明，除了陆地河流输入外，火山和热液活动在向这些海域供应磷方面起了重要作用。岩石中包含火山玻璃碎屑、异常偏高的铀/钍比以及典型于在热海底岩石中循环的流体的稀土元素特征。较高的硅/铝比也表明大量溶解物并非来自普通的陆源黏土。质量平衡计算显示，仅靠常规风化无法如此迅速地输送足够的磷以形成观测到的厚磷灰层，而来自火山-热液系统的短时强烈脉动则可以做到这一点。

变迁中的海底三阶段

岩石纹理和化学指纹显示，龙溪的磷灰岩成因可分为三大阶段。首先，在热液与还原阶段，富磷流体自火山源进入主要为低氧的底水，沉淀无机磷酸盐矿物，同时支持蓝藻和藻类的大量繁殖。接着是偶发的浓缩阶段——海平面变化和白云石矿物的生成有助于集中并锁存磷。当镁被纳入新生白云石时，有利于磷灰石（主要磷酸盐矿物）在白云石-磷灰岩交替层中成核结晶。最后，在再富集阶段，水柱变得更富氧，微生物群落继续捕获并转化磷，诸如包状结构（oncoids）和丝状网络等独特的微生物构造在沉积物内生长。

海洋获得“呼吸”

响应氧化水平的化学示踪物——包括稀土元素模式、微量金属比值以及不同形式黄铁矿的有无——显示出早期岩石中更还原的海底条件向晚期微生物磷灰岩中更氧化条件的转变。这与其他地区表明埃迪卡拉纪海洋经历了间歇性增氧脉动的证据相符。研究表明，来自火山-热液系统的磷脉突发事件暂时缓解了营养限制，提升了海洋初级生产力并推动局部海洋增氧事件，尽管大部分产生的有机物仍被迅速再循环。

为何这段古老的故事至关重要

将火山活动、营养输送、微生物生长与氧化水平变化联系起来，这项工作描绘了埃迪卡拉纪一个紧密联结的地球系统图景。与缓慢、均匀的氧气上升不同，海洋似乎对短时的磷脉脉动作出响应，引发局部的生产力和氧化爆发。这些记录在龙溪磷灰岩中的事件，很可能促成了后来更适宜大型复杂动物生存的、更富氧的海洋环境，提供了地质过程如何为生物创新铺路的更深层视角。

引用: Han, C., Li, Q., Han, Y. et al. Volcano-hydrothermal phosphorus pulses fostered ocean oxidation during Ediacaran phosphogenesis in South China. Commun Earth Environ 7, 420 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03422-1

关键词: 磷循环, 埃迪卡拉纪海洋, 火山热液活动, 海洋增氧, 磷灰岩沉积