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同位素研究解开最古老的冷泉碳酸盐岩成因

作者:科技日报 发布日期:2022-05-07 浏览63次

  冷泉碳酸盐岩是冷泉活动的主要产物,而冷泉不仅是寻找海底天然气水合物的重要标志,也是研究全球气候变化一个窗口。5月2日,美国《国家科学院院刊》在线发表了中美以学术团队的一项成果,揭开了地球最古老的冷泉碳酸盐岩成因之谜。

  这项题为《最古老冷泉碳酸盐岩揭示“雪球地球”大冰期后海洋硫酸根浓度》的成果,由南京大学国际同位素效应研究中心教授彭永波团队联合美国内华达大学、以色列魏茨曼科学研究所、上海海洋大学等团队合作完成。

  冷泉碳酸盐岩一般是在甲烷缺氧氧化过程中,微生物活动形成了大量的碳酸氢根,使环境的碱度增加,从而与海水及孔隙水中的钙离子结合形成碳酸盐矿物,再与沉积物胶结之后形成。

  目前,最老的冷泉碳酸盐岩是大约635万年前三峡地区陡山沱组底部方解石。这些方解石的成因对于科学界了解“雪球地球”全球大冰期之后海洋中的硫酸根浓度,大气二氧化碳和氧气的浓度以及海洋的物理空间状态至关重要。但是,有科学家通过方解石的古温度推算,认为这些方解石是后期热液成岩的产物。

  彭永波团队在厘定现代冷泉碳酸盐岩特有的高维度同位素特征的基础上,对标测试了陡山沱组底部这些超低的无机碳同位素的方解石,发现方解石中黄铁矿的硫同位素、无机碳同位素、有机碳同位素、碳酸盐晶格硫酸根(CAS)的硫氧同位素,以及碳酸盐岩晶格硫酸根的硫氧同位素无一例外和现代冷泉碳酸盐岩完全吻合。也就是说,陡山沱组底部这些超低的无机碳同位素的方解石,是当时微生物硫酸盐还原作用耦合的甲烷厌氧氧化过程的产物。

  在此基础之上,研究人员通过对比三峡地区7个剖面的地层化学指标发现,这些方解石是在盖帽白云岩溶蚀那一层之后才开始出现。研究人员推断,这应该是海洋硫酸根浓度突然增加的结果,并推测硫酸根浓度可能达到了现在海洋的水平。

  彭永波表示,这个地质时期,是地球地质历史上经历过的“最动荡的年代”。地球刚从“雪球地球”全球冰期中挣脱出来,海洋和大气的物理化学状态,仍然处于剧烈的动荡期。结合模型,研究人员把海洋硫酸根浓度突然增加发生时间限定在冰川开始融化后的5万年的时间内,这对认识地球的各个圈层面对极端事件如何相互作用和响应有重要帮助。


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