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科技工作者之家 2020-08-19
来源:中科院地质地球所
Nature Communications:地幔数据显示可氧化的火山气体的减少可能触发了大氧化事件
包括人类在内的需氧生物之所以能在地球上繁盛兴旺,主要得益于大气中大量O2的存在,但在地球整个历史的大部分时间内O2含量水平并不高。地质记录中的硫同位素非质量分馏特征表明大气中的O2含量在2.4~2.1 Ga大氧化事件期间快速升高,但对氧化还原作用敏感的铁、钼等元素的同位素数据却显示在3.2~3.0 Ga时海洋透光层中就已经存在O2,这意味着能够产生O2的蓝藻的出现时间远早于大氧化事件。地质学上的数据也指出在新太古代海洋和湖泊中存在甲烷营养(厌氧菌以甲烷为营养物质,并将其氧化为CO2)和氧化氮的循环,以及硫化物和氨基盐分别被氧化成为硫酸盐和硝酸盐过程。这与光合作用开始于中太古代的推论是吻合的。目前,人们对早期大气中氧气积累的具体过程以及为何大气氧化事件滞后于光合作用开始时间仍知之甚少。图1 (a)Aulbach and Stagno (2016)和Nicklas et al.(2019)用不同的方法分别揭示出地幔的氧逸度(fO2)演化趋势。氧逸度值用相对铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲线(ΔFMQ)来表示。图中的虚线分别表示两套数据的线性回归,可以看出它们的趋势大致相同,均反映了地幔自太古代以来氧逸度不断升高;(b)Kadoya et al.(2020)对上述两套数据重新处理后的地幔的氧逸度演化趋势,处理的方法是将两套数据中现代MORB的fO2值均采用ΔFMQ=0.2±0.3
图2氧化参数Koxy随时间变化趋势图。图中实线为中值,阴影区域为概率分位数5%-95%限定区域。虚线代表了Koxy=1,虚线之上表示大气为氧化,之下为缺氧。虚线与概率分位数5%相交处对应的年龄为2.62 Ga, 意味着在2.62 Ga及之后,Koxy>1,即大气具有氧化性的可能性超过95%(Kadoya et al., 2020)
【致谢:感谢矿产室张连昌研究员对本文提出的修改建议。】
主要参考文献
Aulbach S, Stagno V. Evidence for areducing Archean ambient mantle and its effects on the carbon cycle[J].Geology, 2016, 44(9): 751-754.
Kadoya S, Catling D C, Nicklas R W, et al. Mantle data imply adecline of oxidizable volcanic gases could have triggered the GreatOxidation[J]. Nature Communications, 2020, 11(1): 1-9.
Kump L R, Barley M E. Increased subaerial volcanism and the rise ofatmospheric oxygen 2.5 billion years ago[J]. Nature, 2007, 448(7157):1033-1036.
Nicklas R W, Puchtel I S, Ash R D, et al.Secular mantle oxidation across the Archean-Proterozoic boundary: Evidence fromV partitioning in komatiites and picrites[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta,2019, 250: 49-75.
(撰稿:英基丰/岩石圈室)
校对:张崧
来源:dizhidiqiusuo 中科院地质地球所
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4ODc0NjIzNQ==&mid=2247509964&idx=2&sn=01d99ab64cd455a93a24060cf43ab1e5&chksm=ec3b5858db4cd14e2adfb8aa5f7efb41888e4ffbd99f555da652e6adc74ebe87000033ef4d28#rd
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