在世界领先的地质实验室之一进行的将创新分析技术与传统野外地质学相结合的合作研究为寒武纪生命大爆发提供了新的视角。在地球 46 亿年的历史中，自地球形成后不久，单细胞生命一直占据着主导地位。 然而，在大约 5 亿年前，发生了一个被称为寒武纪"大爆发"的戏剧性事件。 在这一时期，出现了异常多样的生命形式，并保存在化石记录中。 这些化石包括各种动物的主要类群，它们进化成了今天仍在生活的动物类群（包括人类）。
5亿年前的三叶虫化石留下了阶梯状痕迹，寒武纪蠕虫在浅海泥浆中留下了管状痕迹，这些痕迹化石被保存了下来。 图片来源：Laurie Crossey，UNM 新闻室
联合国大学的研究人员和一个扩大的合作团队最近发表了一篇论文，作为《今日全球科学协会》（GSA Today）2024 年 11 月刊的主要科学文章，题为《大峡谷的寒武纪》（The Cambrian of the Grand Canyon）： 经典地层模型的完善。
UNM 的卡尔-卡尔斯特罗姆（Karl Karlstrom）正在检查被撕裂的沉积物，这些沉积物可能记录了影响浅海环境的大型飓风或海啸。 图片来源：Laurie Crossey， UNM 新闻室
犹他州立大学教授卡罗尔-德勒（Carol Dehler）说："大峡谷的通托组拥有一座沉积层和化石宝库，记录了大约5亿年前的寒武纪大爆发，当时第一批带硬壳的动物迅速繁衍，海平面上升，新兴的海洋生物包围了各大洲。"
Dehler是该研究的第一作者，UNM兼职教授、古生物学家Fred Sundberg是共同第一作者，共同作者包括UNM特聘教授Karl Karlstrom和Laurie Crossey、丹佛自然与科学博物馆的James Hagadorn、博伊西州立大学的Mark Schmitz和内华达大学拉斯维加斯分校的Steve Rowland。
除了研究进展之外，该论文还在地球科学教育方面取得了进展，其基础是埃迪-麦基（Eddy McKee）50 年前在这些岩石上建立的海洋横断（海洋跨越大陆的推进）经典模型。 全球许多地质学专业的学生都学习过麦基模型，该模型认为沉积环境是逐渐加深和逐渐转变的。
"我们关于通托组沉积的新模型更加细致入微，显示了海洋和非海洋环境的混合、没有沉积物沉积时的断裂或不整合以及更快的演化速度。" 联合国大学特聘教授卡尔斯特罗姆（Karl Karlstrom）说："与以前相比，大峡谷的通托组仍然是世界上最重要的寒武纪类型地段之一，因为它完整地展现在世人面前。"
UNM 校友、第一作者卡罗尔-德勒（Carol Dehler）与学生助手卡门-温（Carmen Winn，当时是 UNM 博士生）和加州大学学生克莱尔-德塞勒斯（Claire DeCelles）。 图片来源：Laurie Crossey，UNM 新闻室
美国国家科学基金会地球科学部为这项工作提供了支持。哈加多恩说："我们的发现提醒人们，科学是一个过程。我们在大峡谷这个世界上最著名、最受人喜爱的景观之一所做的工作，以一种非常个人化的方式将人们与这一科学联系在一起。"
此外，先进的工具为岩石沉积速度提供了新的见解，并为海洋物种（如三叶虫和其他早期动物）的快速多样化提供了线索。
施密茨说："我们新的串联铀-铅定年法正在完善演替中每一层以及三叶虫生物区之间过渡的精确年龄，我们发现，不同的三叶虫物种以非常快的速度（百万年以下）辐射，然后灭绝。"
卡尔-卡尔斯特罗姆（右）在检查约翰-福斯特（左）发现的三叶虫化石。
这种方法包括研磨沉积岩样本，分离出沉积在沉积物中的数百颗沙粒大小的锆石晶体。 首先使用一种初步的快速定年方法获得这些晶粒的 U-Pb 比率，然后使用一种更复杂（也更精确）的实验室方法对最年轻的晶粒进行精确定年。
"沉积岩的年代很难确定，"克罗斯说，"但沉积物的沉积和其中的化石，一定比最年轻的颗粒的年龄要小，因此我们可以用许多日期来括弧沉积年龄。"
弗雷德-桑德伯格（右）在页岩中发现三叶虫化石，如同大海捞针。
德勒说，与麦基的模型相比，研究小组的新模型为学生和研究人员深入了解寒武纪大爆发提供了关键途径。
"从 500 米厚的地层中，我们了解到海平面上升和灾难性热带风暴的影响--可能比今天毁灭性的飓风更加强大。" 德勒说："这发生在一个没有陆地植物的世界，也发生在地球没有冰雪的高温时期。海平面如此之高，以至于像砺石群这样的沉积物沉积在大多数大陆之上，这种环境使得地球上的动物多样性迅速扩展。"
DOI: 10.1130/GSATG604A.1
编译自/ScitechDaily
