最古老冷泉碳酸鹽巖揭示“雪球地球”大冰期后海洋硫酸根濃度

南京大學國際同位素效應研究中心教授彭永波團隊聯合美國內華達大學、以色列魏茨曼科學研究所、上海海洋大學等團隊，揭示了最古老的冷泉碳酸鹽巖成因之謎。該工作的相關研究成果于5月2日以“最古老冷泉碳酸鹽巖揭示‘雪球地球’大冰期后海洋硫酸根濃度”為題在線發表于美國《國家科學院院刊》。彭永波為第一作者，南京大學國際同位素效應研究中心教授鮑惠銘為通訊作者。

彭永波團隊在厘定現代冷泉碳酸鹽巖特有的高維度同位素特征的基礎上，對標測試了陡山沱組底部這些超低的無機碳同位素的方解石，發現方解石中黃鐵礦的硫同位素(δ34S值22.8‰到73.9‰ VCDT)，無機碳同位素(δ13C值–44.3‰到–4.0‰)，有機碳同位素(δ13Corg值–46.1‰到–27.2‰)，碳酸鹽晶格硫酸根(CAS)的硫氧同位素(δ34S: 37.1‰到80.1‰，δ18O：12.9‰到22.2‰)，?33Spyrite和δ34Spyrite的關系以及碳酸鹽巖晶格硫酸根的硫氧同位素無一例外的和現代冷泉碳酸鹽巖完全吻合。也就是說，陡山沱組底部這些超低的無機碳同位素的方解石是當時微生物硫酸鹽還原作用耦合的甲烷厭氧氧化過程的產物。

在此基礎之上，通過對比三峽地區7個剖面的地層化學指標發現，這些方解石是在蓋帽白云巖溶蝕那一層之后才開始出現，而且在上面的白云巖無機碳同位素正飄之后，就消失了。這段時間也恰好對應白云巖中同生重晶石硫酸根17O負異常的時期。研究人員推斷，這應該是海洋硫酸根濃度突然增加的結果，并推測硫酸根濃度可能達到了現在海洋的水平(~30 mM)。

這個地質時期，是地球地質歷史上經歷過的“最動蕩的年代”。地球剛從“雪球地球”全球冰期中掙脫出來，海洋和大氣的物理化學狀態，仍然處于劇烈的動蕩期。17O負異常的重晶石，碳同位素負異常的方解石，蓋帽白云巖的地球化學和巖石學，結合模型，研究人員把海洋硫酸根濃度突然增加和17O負異常事件的發生時間限定在冰川開始融化后的5萬年的時間內。這對認識地球的各個圈層面對極端事件如何相互作用和響應有重要幫助。(作者：溫才妃 )

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