中--新元古代期间海洋化学条件的变化
元古宙(2500-641Ma，million years ago)见证了早期地球从缺氧到氧化转变的过程，其海洋化学条件和氧化还原结构一直是研究的热点问题。元古宙作为古环境过渡的关键时期，标志着各种真核生物群落的建立和动物的起源，这些事件与大气-海洋系统的氧含量有着密切的联系。中元古代处于两次大氧化事件之间，以迟缓的氧化作用为特征，同时也记录了多细胞真核生物的出现。本研究采集了华北燕山盆地中元代样品，通过对其铁组分、氧化还原敏感元素以及多硫同位素的分析，以探讨中元古代古海洋的氧化还原条件及其与生物进化的关系。 大多学者认为，新元古代晚期是第二次大气氧含量显著增加时期，并与真核生物进化和动物起源具有事件一致性。目前对大气氧含量显著增加的准确时间以及其驱动机制存在广泛争论。本研究采集华南南华盆地大塘坡组和陡山沱组的样品，通过分析TOC和TS的含量以及黄铁矿多硫同位素组成，来探讨马里诺冰期前后海洋硫循环以及海洋化学条件的变化，及其指示的环境意义。 1.对燕山盆地中元古代铁组分以及氧化还原敏感元素的分析。 本研究分析了中元古代燕山盆地蓟县组（雾迷山组、洪水庄组、铁岭组）以及下马岭组的铁组分和氧化还原敏感元素(Mo，U)的含量，进而探讨燕山盆地中元古代的氧化还原变化以及其对地球表层氧化还原状态的启示。研究数据填补了铁组分数据从1500Ma到1400Ma的空缺，能够更完整的反映燕山盆地中元古代氧化还原环境的变化。研究数据表明在雾迷山组的沉积环境为氧化状态，铁岭组为富铁缺氧状态。铁组分数据表明洪水庄组的沉积环境从下-中段的硫化缺氧环境转变为上段的富铁缺氧环境。根据铁组分和氧化还原敏感元素的数据分析，下马岭组氧化还原条件表现为下-中段缺氧条件伴随间歇性硫化，上段氧化状态。总结中元古代铁组分数据，结果显示大量低FeHR/FeT比值的数据，表明中元古代氧化环境的范围可能被低估了或者代表了不均一的铁循环，而氧化环境的存在可以为复杂的真核生物及其随后的进化提供合适的栖息地。 2.对燕山盆地中元古代黄铁矿多硫同位素的分析。 燕山盆地中元古代黄铁矿的多硫同位素组成变化较大，以重的δ34S为特征，δ34S的变化范围为-16.91‰到+48.21‰，△33S的变化范围为-0.082‰到+0.083‰。本研究中，研究利用开放条件下的硫同位素分馏模型(MSR:microbial sulfate reduction和MSD:microbial sulfur disproportionation)与封闭条件下瑞利分馏模型来解释研究数据，并得到了这些时期海洋生物地球化学硫循环的更多信息。研究强调了瑞利分馏在中元古代硫循环中的重要作用，并表明中元古代的低硫酸盐浓度。此外，数据表明MSD在中元古代硫循环中具有重要意义。 3.对南华盆地马里诺冰期前后TOC和TS含量以及黄铁矿多硫同位素的分析。 研究结果表明在大塘坡组沉积过程中，瑞利分馏过程在硫循环中起到了的至关重要的作用，指示当时低硫酸盐浓度。对比大塘坡组不同沉积深度的剖面，湘潭钻孔的△33S更负，硫酸盐的储库效应会更加强烈。这可能是由于湘潭样品较高的有机质浓度，导致硫酸盐还原程度较高，使得储库效应更大。多硫同位素数据从硫同位素分馏模型图的第四象限（大塘坡组）到第二象限（陡山沱组）的变化，表明从硫酸盐限制体系到开放体系的变化，这反映了从马里诺冰期前到冰期之后的埃迪卡拉纪硫酸盐浓度的增加。陡山沱组的多硫同位素显示强烈的硫的生物歧化，表明硫化氢的再氧化和歧化作用在该时期海洋硫循环中具有重要作用。海水硫酸盐浓度的升高表明埃迪卡拉纪大气氧含量的增加，这可能有利于消除动物进化的障碍，允许更大体形动物的生存，支持更复杂的食物网，并增加海洋生态系统的多样性。
中元古代;新元古代;海洋化学条件;硫循环;生物进化
中国科学技术大学
博士
地球化学
沈延安
2020
中文
P734
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）