貴陽分部廣州分部
網站地圖聯系我們所長信箱建議留言內部網English中國科學院
 
 
首頁概況簡介機構設置研究隊伍科研成果實驗觀測合作交流研究生教育學會學報圖書館黨群工作創新文化科學傳播信息公開
  新聞動態
  您現在的位置:首頁 > 新聞動態 > 學術前沿
【前沿報道】PNAS:18億年前地球大氣含氧量低
2018-08-30 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  目前地球大氣含氧量約為21%(體積比),但如何才能知道地球歷史時期的大氣含氧量以及它的演化過程?要回答這個問題,最簡單和直接的方法當然是直接獲取過去的大氣樣本,但過去的大氣樣本難以保存,基本限制了我們通過直接測試的方法來重建過去。不過,還可以借助間接方法,例如在地表化學風化過程中,氧氣的參與會導致陸地表面元素鐵(Fe)、錳(Mn)發生遷移,通過對古土壤中Fe、Mn的遷移行為進行分析,就可以反演歷史大氣含氧量(Zbinden et al., 1988)。 

  美國耶魯大學學者Bellefroid et al.2018)近期PNAS發表了最新成果,他們試圖通過另外一種間接的地球化學方法——碳酸鹽巖中鈰元素的異常,來重建過去大氣的含氧量。鑭系元素鈰(Ce)能夠發揮作用主要是基于兩方面的認識:(1)大氣中含氧量的高低會直接導致海水中溶解氧的變化;(2)相對于相鄰的鑭系元素(La,Pr,Nd),海洋水體中含氧量的多少對于Ce的富集和虧損影響最為明顯,氧氣會將水體中溶解的三價Ce氧化為四價Ce,并附著在顆粒物上沉積。海水中的這些化學行為可以被完整地記錄在碳酸鹽巖中(Wallace et al., 2017;圖1)。

現代海洋和地質歷史時期碳酸鹽巖的鑭系元素的分布圖解(Wallace et al., 2017     

  Bellefroid et al.2018)選取加拿大西北地區18.7億年前沉積的碳酸鹽巖記錄——Pethei群作為研究對象。通過對其Ce虧損富集行為的分析,能夠大致確定當時只有淺海地區存在溶解氧氣,而深水(>100米)區是沒有氧氣的,這與現代海洋是完全不同的景象。由此,論文定性地推論,大氣含氧量較低是深水區缺氧的直接原因。為了做定量評估,論文基于現代海洋學研究,建立了海洋Ce的氧化模型。結果表明,盡管在早元古代“大氧化事件”時期(約24億-21億年前),地球大氣含氧量可能一度達到目前水平,但在18.7億年前卻降低到僅約目前大氣水平的0.1%,低于LCA(最近共同祖先,last common ancestor)所需要的最低含氧量(現代大氣的0.13%)(圖 2)。同時,將元素Ce分析數據庫進一步擴展,可以看到這種低含氧量大氣可能維持了十億年之久(圖 2),成為影響最早復雜生物生態系統形成和早期動物演化的關鍵因素。另外,實驗結果證實大氣含氧量在6.35億年前明顯提高(圖2)。

圖2  基于碳酸鹽巖的Ce異常重構的元古代大氣含氧量演化(Bellefroid et al. 2018     

  碳酸鹽巖是地球歷史時期分布最為連續和廣泛的沉積記錄,如果這種方法能夠有效重構大氣含氧量,將為地球大氣的氧氣演化繪制一個更加清晰的圖景。 

  相關參考文獻

  Bellefroid E J, Hood A S, Hoffman P F, et al. Constraints on Paleoproterozoic atmospheric oxygen levels[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018: 201806216.原文鏈接    

  Wallace M W, Shuster A, Greig A, et al. Oxygenation history of the Neoproterozoic to early Phanerozoic and the rise of land plants[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2017, 466: 12-19.原文鏈接    

  Zbinden E A, Holland H D, Feakes C R, et al. The Sturgeon Falls paleosol and the composition of the atmosphere 1.1 Ga BP[J]. Precambrian Research, 1988, 42(1-2): 141-163.原文鏈接

  (撰稿:馮連君

 
地址:北京市朝陽區北土城西路19號 郵 編:100029 電話:010-82998001 傳真:010-62010846
版權所有© 2009- 中國科學院地質與地球物理研究所 京ICP備05029136號 京公網安備110402500032號
股票期权的交易规则