5.2亿年前的早期地球海洋可能具有的精细水化学空间结构
2015-10-28 11:38:14   来源:化石网   评论:0 点击:

5 2亿年前的早期地球海洋可能具有的精细水化学空间结构(化石网配图)(化石网报道)据EurekAlert!:海洋的氧化还原状态对于地球上的生命元素循环和生物演化具有重要影响。虽然目前的研究表明5 2亿年以前的早期地


5.2亿年前的早期地球海洋可能具有的精细水化学空间结构(化石网配图)

(化石网报道)据EurekAlert!:海洋的氧化还原状态对于地球上的生命元素循环和生物演化具有重要影响。虽然目前的研究表明5.2亿年以前的早期地球海洋普遍具有缺氧分层和氧化剂有限供给等特点,但对于其精细的水化学空间结构的认识仍旧非常不足,阻碍了我们对于早期地球海洋与生命协同演化进程的深入理解。最近的一项研究首次向我们展示了早期地球海洋可能具有的精细水化学空间结构。

研究相关的论文题为:“A theoretical prediction of chemical zonation in early oceans (>520 Ma)”,为近期出版的2015年第11期 Science China: Earth Sciences(《中国科学:地球科学》英文版)的封面文章,由中国地质大学(武汉)李超教授担任第一作者兼通讯作者撰写。研究者详细对比了现代海洋高生产力陆架区沉积物孔隙水、现代海洋缺氧盆地和早期地球海洋的水化学特征并结合目前对于早期地球海洋水化学形成机制的研究成果,对早期地球海洋的精细水化学空间结构进行了模型预测。

当前早期地球海洋化学状态的研究多选择古海洋沉积盆地的一个或多个地点开展工作。这种案例性质的研究一方面为古海洋化学状态的演化重建积累了丰富的基础资料,但另一方面由于缺乏对古海洋化学空间框架结构的精确认识而在阐述区域或全球古海洋化学状态及其与生命协同演化关系时经常出现相互矛盾的观点。这一困局的解决急需一个对早期地球海洋化学空间结构的较精确的预测。

该研究通过对比发现早期地球海洋与现代海洋高生产力陆架区沉积物孔隙水和现代海洋缺氧盆地在水化学特征上具有很强相似性—都缺氧分层且氧化剂供给有限,因而,它们在理论上应该具有与相似的水化学分带。由此,研究者提出早期地区海洋可能依次具有氧化带、NO3--NO2-富集带、Mn2+-Fe2+富集带、硫化带、CH4富集带和深水含Fe2+区等相应化学分带。进一步,研究者指出由于陆源河流输入的氧化剂对早期地球海洋水化学的形成有着关键影响,早期地球海洋的水化学分带是由近岸浅水向远洋深水展布的倾斜式的化学分带,其与现代海洋沉积物孔隙水和缺氧盆地垂直水化学分带有重大不同,因而其水化学分带更宽、影响范围也更大。早期地球海洋这种精细的水化学分带模型符合当前古海洋化学研究逐步形成的基本共识—古海洋水化学在空间上具有高度的差异性和在时间上具有高度的动态性。这一理论预测中的部分化学分带,如由硫酸盐还原所主导的硫化带已在早期地球海洋化学的研究中得到了广泛证实。

“早期地球海洋这种精细水化学分带的存在反映了地球大气自由氧对古海洋从上至下的直接氧化和其通过陆地氧化风化进而河流氧化剂输入对古海洋的从近岸浅水至远洋深水的间接氧化。因此,我们的研究不仅为上述早期地球海洋化学案例研究中所面对困局的解决提供了一个有力的理论框架,而且对于深刻理解地球海洋氧化及其与生命的协同演化关系具有重要意义。” 该文的第一作者兼通讯作者李超教授说。

该项研究得到了国家重大科学研究计划项目(No. 2013CB955704)、国家自然科学基金项目(No. 41172030)、美国国家科学基金、NASA地外生物学研究计划和中国地质大学(武汉)(GPMR201301和BGL21407)资助。

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