近期，国际地学权威期刊Geology发表了成都理工大学沉积地质研究院李超教授团队程猛研究员的最新研究成果，题为《Enhanced oceanic phosphorus recycling during the Cambrian SPICE event》。该研究通过碳酸盐结合态磷酸盐（CAP）与碘指标[I/(Ca+Mg)]的耦合分析，揭示了寒武纪晚期SPICE事件期间海洋磷循环显著增强的新机制，并提出“磷循环-缺氧正反馈”是维持长期海洋硫化的重要驱动力。
1. 研究背景
寒武纪晚期的 SPICE事件是地球历史上最显著的碳同位素正偏事件之一，持续约2–3百万年，并伴随着三叶虫群落更替及全球海洋出现广泛缺氧甚至硫化。然而，这一长期缺氧状态的驱动机制仍存在争议。磷作为地质时间尺度上海洋初级生产力的终极限制性营养元素，其海洋库存不仅取决于陆源输入，还高度依赖海洋内部循环过程。因此，厘清磷循环过程对于理解SPICE事件持续机制及其环境和生命效应至关重要。
2. 研究发现
为探究SPICE事件持续机制，研究团队选取北美劳伦大陆密苏里陆架盆地4个不同沉积环境剖面，系统开展了I/(Ca+Mg) 和李超教授团队前期研发的能够直接追踪古海洋磷酸盐含量的指标—碳酸盐结合态磷酸盐（CAP）指标分析（图1）。研究结果表明：
（1）SPICE期间磷可利用性显著升高：CAP值在SPICE期间明显升高，并与δ13C正偏同步变化，指示表层海洋磷含量显著增加。
（2）浅海长期处于低氧状态：I/(Ca+Mg)比值整体偏低，对应浅海溶解氧浓度低，表明SPICE期间浅水区普遍处于贫氧状态。
（3）提出“磷循环-缺氧正反馈机制”（图2）：结合定量模型分析，研究认为，在硫化环境下：铁氧化物减少 → 磷固定效率降低、沉积物中磷更易释放回水体；上升流将磷输送至表层 → 刺激初级生产力；有机质输出增强 → 加剧深水缺氧。最终形成一个自我强化的正反馈回路，使海洋硫化状态持续数百万年。
图1. 四个研究剖面的关键地球化学数据
图2. SPICE事件前后海洋氧化还原状态、磷循环、初级生产力和生物演化之间的定量（A）与定性（B-D）关系
3. 研究意义
该研究从“海洋内部循环”角度，为SPICE事件的长期持续提供了关键解释。首先，明确了磷循环增强是驱动寒武纪晚期海洋环境变化的核心机制之一，为理解古海洋营养盐控制海洋化学演化机制提供了新证据。其次，研究揭示了磷循环与海洋氧化还原状态之间的强耦合关系，即硫化环境可通过促进磷再循环反过来强化缺氧，这一机制对解释显生宙多次海洋缺氧事件具有普适意义。再次，该研究为理解寒武纪生物演化与环境变化的相互作用提供了新视角。例如，增强的初级生产力和有机质通量可能影响深水生态系统结构，并对生物多样性变化产生影响。总体而言，该成果提出了一个关键的地球系统反馈机制，即“硫化驱动磷再循环—磷促进生产力—生产力加剧深水缺氧”的闭环过程，深化了对寒武纪海洋氧化还原不稳定性及生命-环境协同演化的认识，为进一步研究早期地球表层系统运行提供了重要理论框架。
程猛研究员为论文第一作者，程猛研究员、中国科学院南京地质古生物研究所张俊鹏副研究员和团队负责人李超教授为共同通讯作者。参与这项工作的研究人员还包括成都理工大学张子虎实验师、王海洋研究员和侯明才教授，美国密苏里大学James D. Schiffbauer教授，南京大学曹梦春博士和李娜博士，澳大利亚西澳大学Matthew S. Dodd博士，美国大峡谷国家公园Mikaela A. Pulsipher博士和美国辛辛那提州立大学Thomas J. Algeo教授。该工作得到了国家重点研发计划项目和自然科学基金项目的支持。
论文信息：Cheng, M., Zhang, J., Schiffbauer, J.D., Zhang, Z., Wang, H., Cao, M., Li, N., Dodd, M.S., Pulsipher, M.A., Algeo, T.J., Hou, M., Li, C., 2026. Enhanced oceanic phosphorus recycling during the Cambrian SPICE event. Geology. doi.org/10.1130/g54063.1.
论文链接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article-abstract/doi/10.1130/G54063.1/725352/Enhanced-oceanic-phosphorus-recycling-during-the?redirectedFrom=fulltext
