中外学者合作发布研究成果 揭秘早期海洋“吸氧”过程

时间:2019-09-03 16:03:52       来源:中国新闻网

地球早期,缺氧的海洋是如何被氧化的?围绕这一古生物学界多年的难题,由中国科学院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员等组成的中英国际合作团队2日晚发布研究成果,揭秘了早期海洋的“吸氧”过程。

已有研究表明,早期地球是极端缺氧的。为什么地球早期大气和海洋的氧气含量长期保持在低水平,在距今5.8亿—5.2亿年前后却发生了快速增加呢?

2日,中英两国科学家在《自然-地球科学》(Nature Geoscience)发表论文,认为大规模“造山运动”将大量蒸发岩输入海洋,蒸发岩作为大洋的氧化剂,使得寒武纪大爆发之前普遍缺氧的深部大洋得以氧化,从而导致大气和海洋中氧气含量快速增加,为地球大型复杂多细胞生命的快速演化奠定了基本条件。

朱茂炎介绍,地球历史上曾发生过2次大气快速增氧事件,大气中的氧气才基本达到现代水平。第一次大氧化事件发生在距今大约24亿年,大气中的氧气达到了现代大气氧含量的1%水平。但随后长达十几亿年的时间内大气氧含量并没有增加,甚至还低于第一次大氧化事件时期的水平,从而阻碍了多细胞真核生物的演化。

“直到距今5.8亿—5.2亿年前后,地球发生第二次大氧化事件,大气中的氧含量增加到现代大气氧含量的60%以上的水平,大洋也全部氧化,导致多细胞真核生物大辐射,以及动物的快速起源和寒武纪大爆发。”朱茂炎说。

长期以来,对于前寒武纪海洋中的氧含量为什么长期很低的问题,学界充满争论。

本次研究中,朱茂炎等中英合作团队通过分析9亿年以来全球海水碳酸盐的碳同位素演变过程发现,前寒武纪海洋中的有机碳库在5.7亿年之后明显减少,表明这个时期深部海洋已经开始氧化。

因此,该研究团队提出了一个新的地球系统模型解释了这一现象:5.7亿年前后地球上的主要大陆通过拼合形成了一个冈瓦纳超大陆和位于超大陆内部的“超级中央造山带”,将8亿年前后大量沉积的蒸发岩矿物风化剥蚀输入海洋。

朱茂炎解释称,富含硫酸盐的蒸发岩是一种氧化剂,可以通过硫酸盐还原菌对海水中的有机质进行氧化,形成黄铁矿埋藏在沉积物中,导致当时海洋中有机碳库快速减少。

同时,海洋中有机碳的快速氧化,向大气排放大量二氧化碳,进一步导致大气升温,加强了陆地风化作用和蒸发岩向海洋的输入量,海洋中有机碳库进一步被氧化,形成一个海洋氧化的正反馈作用机制,使得大气和海洋中的氧气快速增加。(完)