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运用铁同位素方法示踪寒武纪大爆发主幕期间铁循环模式
2020-05-27 | 编辑: | 【

  寒武纪大爆发自达尔文始,一直为国际地质学界所聚焦。关于寒武纪大爆发的环境控制因素,一直是困扰着演化生物学和地球科学的一个学术难题。随着产氧光合作用等的出现,早期地球逐渐被氧化。但是,此种地球大气-海洋系统的氧化过程与生命起源、演化之间的耦合关系一直是待解之谜,特别是大气-海洋系统含氧量在寒武纪大爆发中的作用直到现在依然存有争议。 

  与现代富氧海洋不同,地球早期海洋主要呈现出富铁状态。海洋中还原性Fe2+成为了地球早期海洋中游离氧逐渐聚集所必须克服的主要障碍之一。前人业已对中国南方埃迪卡拉纪寒武纪界线附近大量不同相带、不同岩性的样品进行过铁组分分析。由中国科学院南京地质古生物研究所向雷博士、张华研究员、曹长群研究员与美国美国西卡罗莱纳大学、中国科学技术大学和南京大学的合作者等所组成的研究团队,前期对浙江省西部淳安县的一口页岩气勘探取心井(淳页1井)的岩芯资料开展了铁组分研究,获得了该时期下扬子区特有的连续硫化环境记录。 

  为进一步探讨这一时期中国南方海洋中铁的来源、迁移模式及沉淀机制等科学问题,需运用铁同位素等非传统同位素研究方法来进行示踪研究。为此,研究团队通过对淳页140件样品进行了铁同位素研究,并结合不同元素的比值等指标,发现:埃迪卡拉纪寒武纪转折期的富铁海洋的铁库规模已经非常有限,与现代海洋大致接近。海洋Fe2+的主要供给源是大气尘埃和河流输送的铁,而非热液来源的铁。黄铁矿化,而非氧化作用主导了这一时期富铁海洋中Fe2+的主要沉淀作用。 

  这项研究也加强了此前研究团队依据铁组分和微量元素得出的关于在寒武纪大爆发主幕,中国南方海洋并未发生全盆氧化,相反,在浙西等地缺氧水体还有一定程度的扩展,而海洋含氧量上升到接近于现代值应当至少发生在寒武纪大爆发主幕之后(寒武纪第四阶)的认识。 

  该研究成果已在线发表在国际地学期刊Chemical Geology。该项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的资助。 

  论文相关信息: Xiang, L., Schoepfer, S.D., Zhang, H., Chen, Z.W., Cao, C.Q., Shen, S.Z., 2020. Deep-water dissolved iron cycling and reservoir size across the Ediacaran-Cambrian transition. Chemical Geology, 541: 119575. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119575 

运用铁同位素方法示踪寒武纪大爆发主幕期间铁循环模式

淳页1井铁同位素及铁组分数据







 
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