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极彩娱乐-Science:地球前期海洋温度并非幻想中那么高

admin 2019-11-14 281人围观 ,发现0个评论

【前沿报导】Science:地球前期海洋温度并非幻想中那么高

占有地球表面积70%以上的海洋,是生命来源、繁殖与生息之地,一起也是决议地表温度,即气候的最重要要素。它的冷热状况,即温度改变影响着地表环境及表生地球化学效果,也影响着地球的生命演化。一般来讲,现代海洋的水温改变在-2℃到30℃之间,均匀约为20℃。而关于古海洋,特别是寒武纪之前 (>5.4 Ga) 的地球前期海洋,它的温度却一向存在争议,估量从10℃到85℃不等,这在必定程度上影响了对前期生命孕育条件的知道。

地质时期海相燧石的硅与氧同位素、蚀变洋壳的氧同位素记载,以及遗传蛋白质重建等很多依据标明地球前期海洋的温度会较高,可达85℃。可是,这些依据均存在各自的不确定性。例如,燧石自堆积之后会饱尝后期成岩和蜕变效果的改造,影响其硅和氧同位素组成的保存。此外,前寒武纪海洋富铁,铁质的堆积或许也会构成燧石中硅同位素的改变 (Zheng et al., 2016)。虽然如此,较多学者现在仍倾向以为前期海洋的温度远高于现在,因为堆积的各种矿藏和岩石(碳酸盐岩、燧石和海绿石等)的氧同位素组成(即18O值)共同显现出自太古代以来继续添加的改变趋势(图1)。但是,关于这种全球遍及趋势还存在另一种解说,即海洋堆积物的18O值长时刻升高或许与海水18O值的添加有关,而并非与海水温度有关。让人疑问的是,因为这些堆积岩和矿藏的矿藏-水氧同位素分馏机制很类似,都与温度相关,因而无法区别何种解说更为精确。

图1 不同堆积岩和矿藏的氧同位素随时刻的改变趋势,自左至右别离为燧石、碳酸盐岩、磷块岩、海绿石、页岩和锆石(见Galili et al., 2019弥补资料)

在此布景下,以色列雷霍沃特魏茨曼科学研讨所Nir Galili 博士和其合作者最近在Science上撰文以为,氧同位素改变的这种趋势应与海水的氧同位素改变有关,而与海洋温度无关;从而估测,地球前期海洋温度并非像传统以为的会那么高。他们立异性地使用了铁氧化物的氧同位素地质记载来破解这一科学难题,铁氧化物的氧同位素对温度改变不灵敏,因而铁氧化物的同位素改变的原因或许为破解各类堆积物和矿藏的改变趋势供给正确的解说。虽然前人的研讨现已标明温度对铁氧化物和水之间的氧同位素分馏影响是较弱的,堆积后的效果也影响甚微,作者仍展开组成试验,以期证明真实性。他们选用不同的pH值和温度来组成针铁矿和赤铁矿,发现其氧同位素分馏与温度的相关性的确较弱,每20℃仅有~1‰的改变 (图2)。

图2 铁氧化物-水的氧同位素分馏与温度的联林子聪系。

A.针铁矿-水;B.赤铁矿-水(Galili et al., 2019)

考虑到后期成岩效果会发作二价铁离子和含二价铁的矿藏,作者对样品进行了严厉挑选,排除了再结晶或蚀变构成的氧化铁,也排除了含有机质含量较高(1%)和含较多二价铁矿藏的样品,从而对曩昔近20亿年的海相鲕粒状铁矿石中铁氧化物的氧同位素特征进行了剖析,发现氧同位素相同具有与燧石和碳酸盐岩类似的时刻改变趋势,即在前寒武纪逐渐上升,进入到显生宙趋于安稳(图3)。因为铁氧化物的氧同位素分馏与温度相关性较弱,因而其改变趋势应该反映的是相对应流体的18O值改变而非海洋温度改变。不管该流体是否为海水,或是前期成岩孔隙水和近海岸的大气降水,其趋势应可代表整个水圈的18O演化。

图3 铁氧化物的18O值特征。A.针铁矿(橙色圆圈)和赤铁矿(赤色圆圈)所代表时代的均匀18O值(1);B、C.将铁氧化物的18O记载别离叠加在燧石和碳酸盐的18O记载上;D.铁氧化物相对应流体的18O值,是在 (i) 恒温(1510℃)或 (ii) 温度随时刻下降的假定条件下核算取得(Galili et al., 2019)

在两种假定前提下(地表均匀温度(1510℃)不变,自太古代的85℃开端下降),作者进一步核算了与铁氧化物相对应流体的18O值,发现流体18O值在两种情况下均显现出类似的趋势,即前寒武纪添加和显生宙不变(图3),阐明与铁氧化物对应的母液氧同位素值的确发作了改变。别的,两种条件下得到的18O值不同与样品年纪呈正相关,但距离不会超越~2‰,进一步反映铁氧化物-水的氧同位素分馏相关于温度是不灵敏的。此外,作者还发现与赤铁矿共生的碳酸盐矿藏相同呈现出与赤铁矿类似的氧同位素改变趋势,标明该趋势与赤铁矿的不同堆积机制无关。这点定论非常重要,因为关于前寒武纪的赤铁矿的原始成因一向存在争议,当时已构成两种敌对的观念:(1)赤铁矿是原始极彩娱乐-Science:地球前期海洋温度并非幻想中那么高堆积的铁硅酸盐颗粒在后期发作氧化所造成的 (Rasmussen et al., 2013),该观念着重硅酸盐矿藏为原始堆积产品而非赤铁矿,直接挑战了传统思维;(2)以为三价铁的氢氧化物应为原始堆积产品,赤铁矿是其直接脱水的产品 (Konhauser et al., 2017)。最近,Robbins et al.(2019)在Nature Geoscience上发表文章,使用水文地质模型辩驳了原始硅酸盐堆积的观念,但他们并未对前人所看到的岩相学现象进行解说,而是只是使用模型否定了赤铁矿为硅盐酸氧化所造成的,并着重原始硅酸盐矿藏的构成与经典的稀土元素以及铁同位素特征不相符。

最终作者剖析了导致海水18O升高的原因,或许是因为陆相堆积物盖层的添加、高低温地壳蚀变份额的改变,或者是这些和其他要素归纳的成果。针对全球氧同位素改变趋势,不难发现,整个前寒武纪的海水氧同位素值均较低,假如该趋势的确与温度无关,那么咱们有理由信任,地球在曩昔整个35亿年期间气候应该是温文且安稳的。

参考文献

1.Galili N, Shemesh A, Yam R, et al. The geologic history of seawater oxygen isotopes from marine iron oxides [J]. Science, 2019, 365: 469-473.

2.Konhauser K O, Planavsky N J, Hardisty D S, et al. Iron formations: A global record of Neoarchaean to Palaeoproterozoic environmental history[J]. Earth-Science Reviews, 2017, 172: 140-177.

3.Rasmussen B, Muhling J R, Fischer W W. Evidence from laminated chert in banded iron formations for deposition by gravitational settling of iron-silicate mud极彩娱乐-Science:地球前期海洋温度并非幻想中那么高s[J]. Geology, 2019, 47(2): 167-170.

4.Robbins L J, Funk S P, Flynn S L, et al. Hydrogeological constraints on the formation of Palaeoproterozoic banded iron formations[J]. Nature Geoscience, 2019, 12: 558-563.

5.Zheng X Y, Beard B L, Reddy T R, et al. Abiologic silicon isotope fractionation between aqueous Si and Fe (III)–Si gel in simulated Archean seawater: Implications 极彩娱乐-Science:地球前期海洋温度并非幻想中那么高for Si isotope records in Precambrian sedimentary rocks[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2016, 187: 102-122.

(撰稿:储雪蕾、王长乐/矿藏室)

美编:徐海潮

校正:李玉钤

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