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汞同位素示蹤埃迪卡拉紀海洋碳循環

發布時間:2020-12-22

 埃迪卡拉紀(~635-551 Ma)大尺度的碳同位素漂移(CIE)暗示海洋內部異常的碳循環。全球最大的碳同位素負漂移(Shuram NCIE,與海洋氧化和大型生物的繁盛相耦合。有關Shuram NCIE出現的機制存在兩個爭論:1)深海大型溶解有機碳(DOC)儲庫的重新礦化;2)成巖作用。另一個全球性的CIE被記錄在埃迪卡拉紀早期的帽碳酸鹽巖中,陸地火山噴發、海底甲烷滲漏和缺氧深水上涌三種機制都可能是導致這次碳同位素負漂移的原因。顯然有關這一時期異常碳循環的主控因素尚需要進一步約束。 

 海水中溶解汞(Hg)主要與DOC緊密絡合。Hg同位素的非質量分餾(Δ199Hg)和質量分餾(δ202Hg)均可作為古海洋中碳循環的有效地球化學工具。埃迪卡拉紀海洋中HgDOC之間的耦合可能反應在碳同位素和汞同位素的協同變化。 

                                                

 

1. 埃迪卡拉紀陡山沱組(華南)和Wonoka 組(澳大利亞南部)的古地理位置(改編自Yao et al., 2014 

 中國科學院地球化學研究所溫漢捷課題組樊海峰研究員、馮新斌課題組付學吾研究員聯合昆士蘭大學Jack Ward博士,系統分析了埃迪卡拉紀陡山沱組(華南)和Wonoka組(澳大利亞南部)(1) 的汞同位素組成來解密埃迪卡拉紀NCIEPCIE的形成機制,探討當時海洋內部的碳循環。 

                    

 

 圖2 陡山沱組碳,汞同位素組成及汞含量、Hg/TOCRb/Sr比值 

本研究獲得兩點重要的認識: 

1)研究結果顯示陡山沱組碳同位素正漂移(PCIE)期間Δ199Hg呈現逐漸降低的趨勢,且并與δ202Hg相反(圖2)。Δ199Hg降低的趨勢主要與增加的陸源輸入有關,與當時海平面的下降相吻合。考慮到大量陸源碎屑物質的輸入,汞同位素沒有為碳同位素正漂移提供額外的約束。 

2)Shuram NCIE期間,陡山沱組與Wonoka組呈現同樣的δ202Hg變化趨勢。Shuram NCIE早期,增加的δ202Hg與降低的δ13C暗示汞主要來源于陸源溶解汞的輸入,而碳主要來自深海DOC在氧化還原界面的重新礦化(圖3A)。Shuram NCIE晚期,降低的δ202Hg暗示這一時期深海仍然存在一個巨大的DOC 儲庫(圖3B)。深海巨大DOC儲庫的存在很大程度上延緩了海洋的氧化進度。 

此外,本研究顯示汞同位素的質量分餾在示蹤海洋內部精細的汞和碳循環方面展現出了巨大的潛力,今后的研究中應該引起更多的關注。 

                                       3. 埃迪卡拉紀Shuram期間海洋汞和碳的循環 

 

感謝中國科學院(XDB18030302, ZDBS-LY-DQC029, IIT JCTD-2019–17)和國家自然科學基金委員會(41890840, U1812402)聯合資助。研究成果發表在國際權威期刊《Geology》上。 

Fan, H, et al., 2020, Mercury isotopes track the cause of carbon perturbations in the Ediacaran ocean: Geology, v. 49, https://doi.org/10.1130/G48266.1. 

(礦床室 樊海峰/供稿) 

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