新元古代–寒武纪转折期，海水碳同位素组成发生了多次剧烈波动。其中，发生于埃迪卡拉纪中期的碳酸盐岩碳同位素负偏移（δ13C从~+5‰最低下降到≤-12‰），是地球历史上规模最大的一次全球海水碳同位素负异常事件，被称为DOUNCE事件（或Shuram事件）。这一事件被广泛认为是一次全球性的海洋氧化事件，与早期复杂生命的快速辐射演化可能存在密切关联（图1）。
然而，驱动这次海水碳同位素异常事件的机制仍存在争议。目前流行的假说认为，该事件是当时海洋中巨大“溶解有机碳库”氧化的结果。溶解有机碳库的氧化致使大量轻碳同位素释放，导致海水无机碳同位素的组成极端负偏。但该假说依托一个关键前提，即氧化如此庞大的溶解有机碳库需要消耗巨量的氧气或者氧化剂。由于当时的大气氧气含量可能仅为现代的1%–10%，不足以支撑如此巨大溶解有机碳库的氧化，因此，足够的氧化剂来源与收支平衡成为了验证溶解有机碳库氧化假说的瓶颈之一。
为探究满足DOUNCE事件中溶解有机碳库氧化所需的氧化剂总量及来源，中国科学院南京地质古生物研究所张莹刚博士后，在合作导师、中国科学院院士朱茂炎指导下，与利兹大学教授Benjamin Mills、Fred Bowyer博士合作，开展了定量地球系统模拟研究。相关成果近期发表于《自然》（Nature）旗下期刊《通讯地球与环境》（Communications Earth & Environment）。
2019年，朱茂炎领衔的中英合作团队曾提出陆地蒸发岩（硫酸盐）的大量输入，可以提供足够的氧化剂氧化当时海洋中的巨大溶解有机碳库，并通过COPSE模型正演模拟约束了可能需要的氧化剂通量（Shields et al., 2019）。但是，这一模拟所依托的DOUNCE事件同位素演化曲线来自阿曼地区，无法很好地代表该事件的全球海水的碳同位素演化曲线。为此，研究团队基于DOUNCE事件的全球碳酸盐岩碳同位素数据库（DOUNCEraq）构建了该事件的碳同位素标准演化曲线（图1：Zhang and Zhu, 2025），采用SCION地球系统演化模型，结合蒙特卡洛反演方法，定量反演了驱动DOUNCE事件所需的溶解有机碳库氧化通量及氧化剂总量（图1）。
模型反演结果表明，溶解有机碳库的氧化能够成功解释海水碳同位素长达数百万年的剧烈负偏。但在事件恢复期，仅仅依靠“停止溶解有机碳库氧化”无法满足碳同位素的快速回升需求（图2），只有在初级生产力提升与有机碳埋藏通量增加的协同作用下，可以实现海水碳同位素的快速恢复（图2）。定量反演计算得出，发生DOUNCE事件所需的氧化剂总量上限约为9.3×1019mol。虽然这一数值远超当时的大气氧气及海水硫酸盐的储量，但与当时陆地蒸发岩所能提供的硫酸盐通量基本相当（图3）。
上述研究从地球系统数值模型的角度明确了陆地硫酸盐的供应足以支撑导致DOUNCE事件所需氧化剂的预算，为验证溶解有机碳库氧化假说和理解该时期碳循环演化提供定量的科学依据。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省卓越博士后计划以及英国国家科研与创新署（UKRI）的联合资助。
论文相关信息：Zhang, Y.*（张莹刚）, Zhu, M.*（朱茂炎）, Bowyer, F. T., Mills, B. J. W. (2026). Revisiting the oxidant budget of the DOUNCE event. Communications Earth & Environment. https://doi.org/10.1038/s43247-026-03855-8.
Shields, G. A.*, Mills, B. J. W.*, Zhu, M.*（朱茂炎）, Raub, T. D., Daines, S. J., Lenton, T. M. (2019). Unique Neoproterozoic carbon isotope excursions sustained by coupled evaporite dissolution and pyrite burial. Nature Geoscience 12. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0434-3.
Zhang, Y.（张莹刚）, Zhu, M.*（朱茂炎）. (2025). Meta-analysis of the DOUNCE event (Shuram/Wonoka excursion): pattern, variation, causal mechanism, and global correlation. Earth-Science Reviews 261. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.105000.
图1. 关键生物宏演化事件、基于DOUNCEraq重建的全球海水δ13C曲线以及SCION地球系统演化模型中新增的反演模拟策略
图2. 基准情景与高磷输入情境下反演模拟的海水δ13C变化、与重建曲线的差值及所需的DOC氧化速率
图3. 巨大溶解有机碳库氧化假说中所需溶解有机碳的氧化通量以及可能氧化剂供应量的对比
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