纵观46亿年的地质历史，全球可识别出“温室气候”与“冰室气候”两种大的气候类型；两类气候相互交替出现，持续时间长短不一。其中，冰室气候类型又可进一步划分为寒冷“冰期”与冰期之间较为温暖的“间冰期”。在距今4.85-4.43亿年前的奥陶纪，世界各地的岩石中不仅记录了海洋生态系统中的一次大型生物辐射事件，而且还为生物演化的关键时期从“温室气候”向“冰室气候”的转变提供了诸多证据。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李启剑、研究员李越等科研人员，与英国布鲁内尔大学教授Stephen Kershaw及曲阜师范大学等的相关学者对浙赣交界的晚奥陶世生物礁开展了多次联合野外考察，揭示了华南晚奥陶世冰室气候下的混合型碳酸盐岩记录。相关成果于近期在国际期刊《三古》（Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology）上发表。
研究人员在实验室运用大规模磨制抛光面并有针对性地配合显微薄片，结合阴极发光等研究手段，揭示了江西玉山鸡头山剖面三衢山组下段礁灰岩中“串管海绵-钙质微生物-同沉积胶结物”三位一体的独特构造。该构造常表现为“葡萄串”状的串管海绵与珊瑚形钙质疑问生物Amsassia相互缠绕，形成生物礁格架岩的基本支撑结构，并被钙质微生物和大量胶结物包裹加固。薄片中阴极发光结果表明胶结物至少包括3个世代，最早的一个世代为等厚胶结物，以暗淡的阴极发光为特征，显著区别于后两个世代，代表了同沉积期的产物。
图1. 玉山鸡头山剖面三衢山组下段生物礁微相照片。A. 生物礁格架岩，显示丛花海绵（Co）等生物骨骼原地堆积形成的支撑结构；B. 丛花海绵与珊瑚形钙质疑问生物Amsassia（Am）的钙质骨骼相互缠绕形成的生物礁格架细节C. 丛花海绵化石（Co）及其外管（Ex）结构细节（黄色三角显示海绵化石外壁，红色三角显示沿内壁生长的同沉积胶结物）；D.钙质微生物（Al）结壳包裹在 丛花海绵（Co）外壁表面。
研究结果表明：浅海同沉积胶结作用在中-晚奥陶世的生物礁中显著增强。丰富的同沉积胶结物在现代珊瑚礁的构建起到至关重要的作用，为骨骼堆积形成的礁格架提供了不同程度抗浪能力和刚性结构。然而，在奥陶系生物礁的相关研究中，同沉积胶结物的作用被长期忽视，直到近年来在北美和我国华北才有个别案例被报道，此类胶结物在礁体中的作用才得到关注。
图2. 生物礁中胶结物的细节。A&C: 单偏光显微照片；B&D: 阴极发光显微照片（数字标注不同世代的胶结物，黄色三角标注同一视域不同照片之间的定位点）。
图3. 奥陶纪生物礁中生物组成及非生物组份的变迁，显示海底同沉积胶结作用的显著加强。
结合以上案例，华南江西三衢山组的生物礁代表了冰室气候下典型的混合组份型碳酸盐岩记录：后生动物骨骼、钙质微生物和同沉积胶结物共同构建了此类礁体。除了古气候等环境因素，伴随着生物辐射事件的发生，不断增强的海底生物扰动等生物反馈因素也可能对同沉积胶结物的广泛发育起到重要作用。
本研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等的资助。
论文相关信息： Li, Q.J.*, Na, L., Yu, S.Y., Mao, Y.Y., Kershaw, S., Yue, L., 2023. Katian (Late Ordovician) sphinctozoan-bearing reefs: Hybrid carbonates before the glacial maximum. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 624(15): 111642. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2023.111642.
来源：中国科学院南京地质古生物研究所官网
编辑：诸鹏飞