作者:郎咸国等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/5/12 18:06:32
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科学家揭秘雪球地球间冰期的“超重黄铁矿”
 
 
在正常的沉积型黄铁矿中,硫同位素值显著低于同期海水值(δ34S黄铁矿<δ34S海水)。这是因为,海水中的微生物进行硫酸盐还原反应,将硫酸盐还原为硫化物,并进而生成黄铁矿(FeS2)时,会优先消耗海水中的32S,使产生的黄铁矿具有较低的硫同位素值。
 
然而,在地质历史时期,特别是一些重大转折期,却广泛发育有非正常沉积型黄铁矿——“超重黄铁矿”,其硫同位素值大于同期海水值(δ34S黄铁矿<δ34S海水)。例如,在距今6亿年前的雪球地球间冰期,全球范围内都广泛发育有“超重黄铁矿”,持续时间长达1000万年之久。
 
关于“超重黄铁矿”的成因模式,已经有很多假说,如海洋分层、热硫酸盐还原反应、热液成因、高沉积速率、低硫酸根浓度等,但是这些模型均无法解释成冰纪间冰期的特殊黄铁矿记录,也就无法为古海洋硫循环异常和元古代极端冰室气候事件提供更多信息。
 
近期,成都理工大学郎咸国博士与北京大学沈冰教授联合国内外多家单位,对华南雪球地球间冰期地层及其赋存的“超重黄铁矿”开展了详细的沉积岩石学、矿物形态学和硫同位素地球化学分析。结合全球同期的硫同位素数据统计,他们发现:
 
①“超重黄铁矿”主要由自形晶黄铁矿和少量的草莓状黄铁矿组成;
 
②全球“超重黄铁矿”主要分布在缺氧硫化环境,为准同生-早成岩阶段产物;
 
③缺氧硫化水体存在垂向的同位素梯度。
 
基于上述沉积学证据和统计数据,研究者提出了一个全新的海洋硫循环模型,其中包含有机硫-硫化物-硫酸盐三个端元,可以解释经典二端元海洋硫循环模型(硫酸盐-硫化物)所不能解释的超重黄铁矿成因。相关成果发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。
 
该模型认为,在成冰纪极端冰期结束后,全球海洋大面积缺氧硫化,富含硫化氢。在微生物的作用下,这些硫化氢可以和溶解有机碳发生反应,产生大量的可挥发性有机硫化合物。这些有机硫化合物具有很低的硫同位素值,它们被大量释放到大气中,会在海水中产生垂向上的同位素梯度,使海水底部具有更高的硫同位素值,从而形成超重黄铁矿(见下图)。因此,全球分布的“超重黄铁矿”正是对成冰纪极端冰期结束后全球海洋大面积缺氧的写照。
 
这项研究将有机硫融入到海洋硫循环模型中,关联了全球海洋与大气圈的硫循环。由于元古代海洋呈现显著的缺氧分层现象,在陆架区普遍存在硫化的海水,因此在新的模型框架下,缺氧海洋将产生并释放大量有机硫化物,这些有机硫化物在大气中被氧化为硫酸盐气溶胶,在大气中运移,又部分返回海洋,这些过程可对全球气候变化产生重要的影响。
 
因此,这个新的海洋硫循环模型,为解释地质历史时期特殊的沉积记录提供了一个新的思路,也为深入理解元古代气候变化具有重要的科学意义。(来源:科学网)
 
 

 

 
 
 
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