近日，西北大学早期生命与环境研究团队联合国内外科学家组成的科研团队，依据化石有机碳同位素记录定量重建了寒武纪大爆发全过程中大气二氧化碳浓度和气候变化。相关成果发表在《自然·通讯》上。

寒武纪生命大爆发是生命演化史上最具里程碑意义的事件：短短数千万年间，现生动物门类的祖先分阶段依次涌现，矿化骨骼快速普及，以多细胞动物为核心的复杂海洋生态系统正式奠基。然而，驱动这场生命“快进”的气候与环境背景始终迷雾重重，其中大气二氧化碳浓度更是长期悬而未决的关键谜题。二氧化碳是调控全球气候的核心因子，深刻影响地表温度、海水酸碱度与大陆风化强度，但此前对这一时期的二氧化碳浓度重建几乎完全依赖碳循环模型推演，不同方案结果分歧显著，始终缺乏直接地质证据的约束。

团队采集了中国与俄罗斯境内8处经典化石生物群的宏体藻类化石，时间跨度覆盖埃迪卡拉纪晚期至寒武纪中期（距今约5.53亿—5.08亿年），完整贯穿寒武纪大爆发的全过程。这些以碳质压膜形式保存的藻类，是当时海洋初级生产力的核心贡献者；其体内的有机碳同位素组成（δ13C）会忠实记录光合作用过程中的碳同位素分馏效应，而分馏强度与海水溶解二氧化碳浓度直接相关。正是借助这一原理，团队通过测试化石藻类的碳同位素信号，反演得到了寒武纪大爆发时期大气二氧化碳的浓度。

重建结果表明，寒武纪大爆发期间的全球气候经历了从温室到超温室再回到温室的三阶段变化过程：距今5.53亿到5.29亿年间，大气二氧化碳浓度从现代水平的6倍左右快速攀升至约14倍，地球进入极端超温室期；距今5.29亿年之后二氧化碳浓度持续回落，到距今5.08亿年时降至约现代水平的5倍，气候重回到温室状态。与此同时，团队还进行了碳-锶同位素耦合分析研究，结果表明，大气二氧化碳浓度变化与同期海水锶同位素（87Sr/86Sr）的演化高度耦合：二氧化碳快速上升的阶段，恰好对应海水锶同位素比值的显著下降阶段。

地球深部过程对表层系统的这种远程调控，深刻塑造了寒武纪生命演化的气候条件与节奏。海水锶同位素比值下降，意味着大量低放射性的地幔源锶注入海洋，其最主要的输入通道正是活跃的洋中脊热液系统。这一时期地球深部通过火山喷发与洋中脊脱气释放巨量二氧化碳，最终推高大气碳浓度，将全球气候推入超温室状态。后续构造活动逐渐减弱，深部碳排放量随之下降；与此同时，高温驱动的强烈大陆风化持续消耗大气中的二氧化碳，二者共同推动大气二氧化碳浓度回归到温室气候水平。

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相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-74516-9