氧氣是生命之源。早期地球的氧氣含量極低。直到24億年前，地球上才發(fā)生了第一次大氧化事件，氧含量達(dá)到了現(xiàn)在水平的1%以上，導(dǎo)致地球上第一次出現(xiàn)了真核生物。第二次大氧化事件發(fā)生在5.8億年至5.2億年前，當(dāng)時大氣中的氧含量增加到現(xiàn)代大氣中氧含量的60%以上，從而引發(fā)了動物的快速起源和寒武紀(jì)大爆發(fā)。

使用權(quán)：

阿里云11.11云嘉年華活動廳

圖1 南沱村剖面碳、硫、鈾、鍶同位素變化

圖2 埃迪卡拉紀(jì)重要生物創(chuàng)新事件、海洋氧化還原狀況及鈾、鍶、碳同位素記錄

為什么在第一次大氧化事件之后，地球大氣和海洋的氧化水平花了近20億年才急劇增加？中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員領(lǐng)導(dǎo)的中英合作團(tuán)隊利用多種地球化學(xué)指標(biāo)并結(jié)合數(shù)學(xué)模型，首次系統(tǒng)論證了巨大的海洋溶解有機(jī)碳庫是晚元古代海洋完全氧化的關(guān)鍵原因。近日，該成果發(fā)表在《地球科學(xué)雜志》《地球與行星科學(xué)通訊》上。

溶解有機(jī)碳庫模型最早由美國學(xué)者提出。該模型認(rèn)為，在前寒武紀(jì)洋面真光帶進(jìn)行光合作用的微生物主要是原核生物。這些微生物死亡后的有機(jī)物顆粒較小，沉降速度較慢。它不斷積累，形成巨大的海洋溶解有機(jī)碳庫，比現(xiàn)代海洋溶解有機(jī)碳庫大1000倍以上。由于這些以細(xì)菌為主的有機(jī)物小顆粒很容易被氧化降解，大量消耗海水中的氧氣，導(dǎo)致海洋長期缺氧，阻礙了大氣氧化的加劇。這就像前寒武紀(jì)海洋是一個巨大的沼澤池。水體中大量的腐殖質(zhì)有機(jī)物不斷消耗氧氣，造成水體混濁、缺氧。只有當(dāng)這些有機(jī)碳被完全清除后，大氣和海洋中的氧氣含量才能大幅增加。但這個模型后來受到質(zhì)疑，反對者認(rèn)為古代地球無法提供足夠的氧化劑來消除海洋中巨大的碳庫。

2019年，朱茂炎帶領(lǐng)中英團(tuán)隊發(fā)表論文《自然·地球科學(xué)》，提出大規(guī)模造山運(yùn)動導(dǎo)致大洋盆地形成的大量蒸發(fā)礦物風(fēng)化，可帶來大量硫酸鹽（氧化劑）。 ），可以通過硫酸鹽還原菌大規(guī)模消耗海水中溶解的有機(jī)碳，并通過大規(guī)模埋藏黃鐵礦（產(chǎn)氧），最終導(dǎo)致碳庫減少和海洋快速氧化。

為了支持這一假說，研究團(tuán)隊在我國三峽地區(qū)南沱村段埃迪卡拉系陡山沱組（距今約6億年前）發(fā)現(xiàn)了地質(zhì)史上最大但持續(xù)時間較短的負(fù)碳同位素。漂移事件。為了弄清這一負(fù)漂移事件的原因，研究小組對碳、氧、硫、鈾、鍶等元素進(jìn)行了詳細(xì)的多同位素系統(tǒng)分析，最終揭示這是一次由硫酸增加引發(fā)的短暫事件。大陸風(fēng)化增強(qiáng)引起的酸輸入。海洋氧化事件。

他們的分析表明，埃迪卡拉紀(jì)早期發(fā)生的負(fù)碳同位素漂移事件可能標(biāo)志著這個大型深海溶解有機(jī)碳儲層解體的開始。隨后，持續(xù)時間更長、強(qiáng)度更大的多次脈沖型氧化劑輸入事件繼續(xù)消耗海洋中溶解的有機(jī)碳庫，促使其最終在寒武紀(jì)早期消亡。海洋變得更加氧化，為寒武紀(jì)的動物提供了環(huán)境。早期的爆炸和復(fù)雜海洋生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)創(chuàng)造了先決條件。