奥陶纪是地球历史上一个气候逐渐变冷的关键时期，海洋温度从早奥陶世的近40℃逐步下降至中奥陶世的27–32℃，接近现今海洋温度。这一温暖宜居的环境，与奥陶纪海洋生物多样性的快速增加在时间上高度吻合，促使学界提出“气候变冷驱动了奥陶纪生物大辐射”的假说。然而，这一假说一直缺乏直接证据和可验证的机制，无法解释生物演化与气候变化的深层联系。
研究团队的前期工作表明，在奥陶纪生物大辐射期间，浮游生物的多样化速度和规模远超游泳和底栖生物（Deng & Fan* et al., 2021, Earth-Science Reviews）。浮游生物的大量繁衍可能显著提升了海洋初级生产力水平，通过光合作用大量吸收大气中的二氧化碳，降低其分压，最终引发全球气候变冷。这一“生物演化驱动环境变化”的新视角，为理解奥陶纪生物大辐射、气候变冷与大气氧含量上升等多重事件的耦合关系提供了一个可验证的科学假说，其中海洋初级生产力水平与碳循环过程被视为连接生物演化与环境变迁的关键纽带。
为了验证这一假说，研究团队对华南宜昌地区的YW2井的碳酸盐岩开展了钡同位素（δ138Bacarb）与碳同位素（δ13Ccarb、δ13Corg）两种指标的综合分析（图1）。结果表明，奥陶纪扬子海域的δ138Bacarb值显著偏高（中位数为0.73‰），远高于其他地质历史时期（中位数为-0.18‰至0.29‰）（图2），表明在强生物泵作用下，有机质矿化微环境中的钡被高效移出。此外，δ138Bacarb与碳同位素之间的协同变化（图3）进一步揭示，海洋初级生产力的持续增强，在长时间尺度上推动了有机碳的大量埋藏与碳同位素的波动上升，说明海洋初级生产力的提升确实是奥陶纪气候逐步变冷的重要因素之一（图4）。这项研究不仅厘清了奥陶纪气候变冷的关键机制，也为我们理解生物演化如何影响地球环境，提供了来自深时的地质实证与重要启示。
上述研究成果于2025年12月15日在线发表于自然指数（Nature Index）期刊《地球和行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）。论文第一作者为杨生超博士（现为中国科学院南京地质古生物研究所副研究员），樊隽轩教授为共同通讯作者。本项研究是杨生超博士近年来围绕奥陶纪不同时间尺度碳循环驱动机制的系列成果之一（Yang & Fan* et al., 2024, Earth-Science Reviews; Yang* & Fan*, 2025, Earth and Planetary Science Letters）。研究得到了国家自然科学基金委、中央高校基本业务费（304永利集团官网入口）与中国科学院南京地质古生物研究所自主部署项目的联合资助。
文章信息：
Yang, S.C.*, Fan, J.X.*, Li, C., Lin, Y.B., Deng, Y.Y., Sun, Z.Y., Cao, J., Shen, S.Z. 2026. Enhanced marine primary productivity during the long-term Ordovician cooling: A barium isotope perspective from South China. Earth and Planetary Science Letters, 675, 119783. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119783
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图1 宜昌地区YW2井奥陶系碳同位素与钡同位素等地球化学记录的对比
图2 不同地质历史时期与储库的钡同位素值
图3 奥陶纪不同阶段钡同位素与碳同位素协变关系
图4 奥陶纪生物与环境协同演化示意图
图文：杨生超，樊隽轩
审核：陈天宇
