氧气是地球生命宜居环境和元素循环的关键要素，因此地球大气和海洋的氧化进程是地球表层系统科学研究的重要议题。近年大量研究发现，地球表层在新元古代后期经历了一次显著的增氧过程，即新元古代大氧化事件（Neoproterozoic Oxygenation Event, NOE）。事实上，该大氧化事件并非一蹴而就，而是经历了多次间歇式海洋氧化过程（Ocean Oxygenation Events, OOEs；图1）。其中，埃迪卡拉纪初期（~635–632 Ma）的海洋氧化事件（被约定为OOE-A或OOE-1）耦合了成冰纪Marinoan雪球地球结束和后生动物演化（Sahoo et al. 2012, Nature；图1C–D），代表了新元古代大氧化事件的关键进程，是认识地球表层系统演变的重要窗口，受到广泛关注。
那么研究者是如何获知地质历史时期海洋氧化还原程度及其长期演变呢？现在，诸多元素和同位素地球化学指标已被开发来示踪沉积环境的氧化还原状态。其中，氧化还原敏感元素（Redox-sensitive elements, RSEs；如Mo-U-V等）、铁组分（FeHR/FeT和Fepy/FeHR）、有机碳同位素（δ13Corg）和黄铁矿硫同位素（δ34Spy）是被广泛采用和成功应用的经典指标。事实上，新元古代OOE-A事件的核心证据即来自华南地区埃迪卡拉系陡山沱组底部盖帽碳酸盐岩之上的黑色页岩地层（Sahoo et al., 2012），以Mo-U-V等氧化还原敏感元素的显著富集为特征（图1A–B），并伴随较低的δ13Corg和δ34Spy值。根据氧化还原敏感元素循环机理，从地球表层氧化还原状态的长期演变趋势来看，大气和海洋氧化程度的总体增加有助于提升海水Mo-U-V等元素浓度水平，进而促进其在缺氧富有机质沉积物里发生更显著的富集。相对于前寒武纪更早期的沉积记录，陡山沱组下部黑色页岩Mo-U-V等元素首次出现强烈富集，其程度类似于显生宙时期才有所见的特征（图1A–B）。因此，这种现象被认为耦合了海洋相关元素浓度和氧化程度的总体增加（图1C–D；Sahoo et al., 2012），是识别前寒武纪大气—海洋短期增氧事件的经典论证。
图1 地球约40亿年以来，缺氧硫化黑色页岩（A）Mo含量和Mo/TOC、（B）V含量和V/TOC的演变特征，以及（C）大气氧气水平（PAL，相对于现今大气氧气水平）的演变趋势（修改自Sahoo et al. 2012）。（D）地球距今约6.7–4.8亿年期间，海洋氧化还原状态演变示意图（修改自Wood et al. 2019）。从长期演变趋势来看，黑色页岩Mo-U-V等元素含量和富集程度在距今约6.35–6.32亿年时段首次出现显著提升（来自华南陡山沱组下部地层的记录），被认为响应了Marinoan雪球地球结束之后、埃迪卡拉纪初期的一次重要的海洋氧化事件（即OOE-A或OOE-1），代表了新元古代大氧化事件（NOE）的关键进程
值得思考的是，如果Marinoan雪球地球结束之后的OOE-A时期的确发生了大气—海洋氧化程度和海水Mo-U-V元素浓度水平的总体增加，那么可以期待全球其它地区同时期沉积的黑色页岩也会出现类似的沉积响应。遗憾的是，后续研究发现，加拿大西北部及华南地区部分剖面相关层段的黑色页岩并未能很好的重现预期的地球化学特征，于是对OOE-A事件的可靠性提出了一定的挑战。鉴于该事件的潜在意义，在过去十多年里，研究人员进一步陆续采用氮、钼、铬、铊、汞等各种同位素地球化学手段，集中对OOE-A相关的黑色页岩地层召开了大量研究。然而，正如地球科学领域诸多学术争论中的常见现象，OOE-A事件的真实性并未越辩越明，反倒是更加众说纷纭。事实上，揭示华南陡山沱组下部黑色页岩里氧化还原敏感元素显著富集的驱动机制，以及厘定OOE-A时期海洋氧化还原空间结构特征，是解决相关争议的关键，值得深入研究。
在此背景下，中国科研实验室地质与地球物理研究所博士生李润，在导师周锡强副研究员和彭澎研究员的共同指导下，联合贵州大学郭川副教授、中国煤炭地质总局黄泰誉、南京大学博士生王振飞、西北大学黄康俊教授，以及本所王相力研究员、博士生杜桐萱、薛丁帅和刘艳红高级工程师，对新元古代Marinoan雪球地球结束之后、即埃迪卡拉纪初期的海洋氧化事件（OOE-A）进行了仔细审视，取得如下重要进展和认识：
（1）该研究围绕OOE-A相关的地层序列，在华南扬子地区厘定了4个涵盖陆架、斜坡、盆地等不同沉积相带的代表性剖面，并基于Marinoan雪球地球结束后的沉积演化特征建立了区域地层对比框架。顺利获得沉积学、矿物学、地球化学（Mo-U-V含量、Fe组分比值、δ13Corg和δ34Spy值）等手段的综合研究，揭示出这4个剖面在OOE-A沉积期海水分别处于持续氧化、氧化—还原动态变化、以及持续缺氧的状态，存在显著的空间差异（图2）。
图2 华南埃迪卡拉纪OOE-A沉积期陡山沱组不同沉积相带典型剖面的岩性和化学地层序列，综合揭示（A–B）浅水陆架剖面为氧化环境，（C）上斜坡剖面为缺氧铁化至低氧环境，（D）深水盆地剖面为缺氧铁化至硫化环境
（2）该研究围绕缺氧沉积物里Mo-U元素富集的控制因素，基于经典的扩散—反应过程，改进并构建了沉积物Mo-U自生含量、海水Mo-U浓度，以及沉积速率之间的定量函数关系（图3）。顺利获得对华南和加拿大关键剖面OOE-A层段相关参数进行约束和厘定，进一步应用此模型并发现：尽管不同地区缺氧黑色页岩层段的Mo-U自生富集程度和平均沉积速率存在显著差异，但是当海水Mo和U浓度分别为0.5–3 nM和0.2–0.8 nM时，即可对三者关系进行一致拟合（图3）。结果表明，OOE-A时期海水Mo和U浓度可能低于或仅为现今海洋水平的0.5–3%和1.5–6%，并不支持二者浓度水平发生显著增加的传统认识。事实上，陡山沱组下部黑色页岩Mo-U元素的显著富集，除了受到海水缺氧状态的控制之外，还受到了深水盆地低沉积速率的共同影响；而后者可能耦合了Marinoan雪球地球结束之后的大规模海侵过程。
图3 基于沉积物Mo-U自生含量、海水Mo-U浓度、及沉积速率三者函数关系的模型模拟结果图示。（A）海水Mo浓度为0.5–3 nM和（B）U浓度为0.2–0.8 nM时，可以一致拟合华南和加拿大陆块关键剖面OOE-A层段黑色页岩的Mo-U自生含量（[Mo]auth-[U]auth）和沉积速率特征
（3）该研究发现埃迪卡拉纪初期海水仍具有与前寒武纪时期类似的、较低的Mo-U浓度水平，因此需要进一步对当时海洋氧化程度和OOE-A事件性质进行厘定。研究系统汇编了本文及前人报道的华南地区陡山沱组OOE-A层段的多种地球化学数据，刻画出从陆架至盆地的空间变化趋势（图4），明确指示了一个经典的氧化还原状态分层的海洋化学结构。因此从时空演化角度，OOE-A事件在华南扬子地区体现为一次广泛而短暂的海洋陆架氧化，并伴随着氧化—还原界面和硫化楔向盆地方向的迁移（图5）。
图4 华南埃迪卡拉纪OOE-A沉积期陡山沱组自陆架至盆地沉积相带多剖面的地球化学数据汇编，显示具有明显的空间变化趋势
图5 华南OOE-A时期（~635–632 Ma）陡山沱组不同沉积相带的沉积和地球化学特征，以及海洋氧化还原结构示意图。海洋以陆架广泛氧化、化变面和硫化楔向盆地方向迁移、盆地持续缺氧为特征
总之，该研究顺利获得不同沉积相带多剖面、氧化还原环境示踪多指标、以及模型定量模拟的综合研究，重新审视并弥合了长期以来关于OOE-A性质的重大争论，具有重要意义。值得指出的是，研究基于沉积参数约束和模型模拟，合理定量评估了埃迪卡拉纪初期海水Mo-U浓度状态，为重建深时海水微量元素浓度水平及其储库规模，给予了一种有价值的方法。同时证实，除了沉积水体氧化还原性质的控制作用，沉积速率也是共同驱动沉积物Mo-U等元素不同程度富集的潜在重要因素。这一认识有助于启发对前寒武纪具有类似沉积特征的“间歇式增氧事件”的思考。此外，研究对OOE-A时期华南陡山沱组自陆架至盆地的地层序列和海洋化学特征进行了厘定，有助于促进对新元古代大氧化事件时期海洋环境及生物演化的合理认识和深入理解。
研究成果发表于国际学术期刊EPSL（李润，周锡强*，郭川，黄泰誉，王振飞，黄康俊，彭澎，王相力，杜桐萱，薛丁帅，刘艳红. Reexamination and reidentification of ocean oxygenation event in the wake of the Marinoan glaciation [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2025. 658: 119312. DOI: 10.1016/j.epsl.2025.119312.）。研究受国家自然科学基金项目（42293293）、中国科研实验室先导项目（XDB0710000）和中国科研实验室地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201905）联合资助。
