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研究证实雪球地球解体早于盖帽碳酸盐岩沉积

华南扬子板块南沱组研究剖面分布(a)与相应剖面南沱组顶部黄铁矿结核含量和直径变化示意图(b)

华南扬子板块南沱组研究剖面分布(a)与相应剖面南沱组顶部黄铁矿结核含量和直径变化示意图(b)

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:新元古代成冰纪(距今6.35-7.2亿年前)发育两次全球性冰期事件,是地质历史中气候变化最极端的时期,被称之为雪球地球事件。在这两次全球冰期过程中,冰川影响波及到了低纬度甚至赤道地区,全球海洋处于完全冰封状态。这两次极端冰期事件持续时间长达数百万年至数千万年之久。全球海洋冰封的结束需要大气CO2浓度达到10万ppm以上(现代大气CO2浓度约为400ppm)。高浓度的大气CO2产生强烈的温室效应,导致冰川迅速融化,地球进入极端炎热气候。

传统的雪球地球假说认为,雪球地球的结束与冰期后全球性分布的碳酸盐岩沉积是同时的。但是,高浓度的大气CO2会导致全球海洋酸化,从而抑制碳酸盐岩的沉淀。因此,冰期结束后,全球碳酸盐岩的沉积需要海洋酸化的恢复。之前的相关模拟计算认为,这一恢复过程可能持续数万年,由于缺乏高分辨率地质序列证据,导致对该过程中海洋状态的认识不清楚。

针对这一问题,由北京大学、中国科学院南京地质古生物研究所、美国路易斯安那州立大学等国内外多家单位组成的联合研究小组,对我国华南扬子板块成冰系南沱组顶部的黄铁矿结核进行了系统研究。

野外地质调查发现南沱组顶部的黄铁矿结核在整个华南地区广泛分布。黄铁矿结核的大小与含量在空间上存在明显变化的规律,由深水相至浅水相逐渐降低。黄铁矿的硫同位素也存在明显的变化,不同沉积相区表现出明显的差异性。

该研究建立了一个新的模型,模拟黄铁矿硫同位素组成与黄铁矿的含量对黄铁矿的形成过程进行的约束。结果显示,南沱组顶部黄铁矿沉淀时的H2S来自于海洋硫化水体,指示雪球地球结束时全球海洋处于缺氧硫化状态。同时,该项研究表明了海洋生产力的恢复要早于盖帽碳酸盐岩沉积,进一步证实了雪球地球的解体要早于盖帽碳酸盐岩沉积这一认识。

此项研究为雪球地球解体后全球海洋化学变化提供了地质证据,对重新认识极端冰期事件与古气候演化具有重要的科学意义。同时,该研究首次建立了黄铁矿含量与硫同位素值数值模型,为研究古海洋化学特征提供了一个新指标,也为解释地质记录中黄铁矿硫同位素变化提供了一个全新思路。

此项研究成果于8月1日发表在《自然?通讯》(Nature Communications)。论文第一作者是中科院南京地质古生物研究所博士后郎咸国博士。研究得到中国科学院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金的支持。

论文信息: Xianguo Lang, Bing Shen*, Yongbo Peng*, Shuhai Xiao, Chuanming Zhou, Huiming Bao, A J Kaufman, Kangjun Huang, P W Crockford1, Yonggang Liu, Wenbo Tang, Haoran Ma. 2018. Transient marine euxinia at the end of the terminal Cryogenian glaciation. Nature Communications, 9: 3019 | DOI: 10.1038/s41467-018-05423-x




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