地球“最動(dòng)蕩年代”發(fā)生了什么635萬(wàn)年前三峽地區(qū)方解石有答案

冷泉碳酸鹽巖是冷泉活動(dòng)的主要產(chǎn)物，而冷泉不僅是尋找海底天然氣水合物的重要標(biāo)志，也是研究全球氣候變化的一個(gè)窗口。5月2日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了中美以學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)成果，解開了地球最古老的冷泉碳酸鹽巖成因之謎。

這項(xiàng)成果由南京大學(xué)國(guó)際同位素效應(yīng)研究中心教授彭永波團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)、以色列魏茨曼科學(xué)研究所、上海海洋大學(xué)等團(tuán)隊(duì)完成。

在甲烷缺氧氧化過程中，微生物活動(dòng)形成了大量的碳酸氫根，使環(huán)境的堿度增加，其與海水及孔隙水中的鈣離子結(jié)合形成碳酸鹽礦物，再與沉積物膠結(jié)之后，形成冷泉碳酸鹽巖。

目前，最老的冷泉碳酸鹽巖是大約635萬(wàn)年前三峽地區(qū)陡山沱組底部方解石。了解這些方解石的成因?qū)τ诳茖W(xué)界了解“雪球地球”全球大冰期之后海洋中的硫酸根濃度、大氣二氧化碳和氧氣的濃度以及海洋的物理空間狀態(tài)至關(guān)重要。但是，有科學(xué)家通過方解石的古溫度推算，認(rèn)為這些方解石是后期熱液成巖的產(chǎn)物。

彭永波團(tuán)隊(duì)在厘定現(xiàn)代冷泉碳酸鹽巖特有的高維度同位素特征的基礎(chǔ)上，對(duì)標(biāo)測(cè)試了陡山沱組底部這些超低的無(wú)機(jī)碳同位素的方解石，發(fā)現(xiàn)方解石中黃鐵礦的硫同位素、無(wú)機(jī)碳同位素、有機(jī)碳同位素、碳酸鹽晶格硫酸根（CAS）的硫氧同位素，以及碳酸鹽巖晶格硫酸根的硫氧同位素?zé)o一例外地和現(xiàn)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(wú)機(jī)碳同位素的方解石，是當(dāng)時(shí)微生物硫酸鹽還原作用耦合的甲烷厭氧氧化過程的產(chǎn)物。

在此基礎(chǔ)之上，研究人員通過對(duì)比三峽地區(qū)7個(gè)剖面的地層化學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)這些方解石是在蓋帽白云巖溶蝕那一層之后才開始出現(xiàn)。研究人員推斷，這應(yīng)該是海洋硫酸根濃度突然增加的結(jié)果，并推測(cè)硫酸根濃度可能達(dá)到了現(xiàn)在海洋的水平。

彭永波表示，這個(gè)地質(zhì)時(shí)期，是地球地質(zhì)歷史上經(jīng)歷過的“最動(dòng)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(xué)狀態(tài)，仍然處于劇烈的動(dòng)蕩期。結(jié)合模型，研究人員把海洋硫酸根濃度突然增加發(fā)生時(shí)間限定在冰川開始融化后的5萬(wàn)年的時(shí)間內(nèi)，這對(duì)認(rèn)識(shí)地球的各個(gè)圈層面對(duì)極端事件如何相互作用和響應(yīng)有重要幫助。