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Science:海洋上层水体氧化状态的现代化:姗姗来迟
2018-12-18   科技处  责编:王晓佳  阅读6332次
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dnf私服发布网 www.phemphat.com 海洋和大气中氧气水平随时间的上升,显著提高了地表环境的宜居性,但鲜有一种地球化学指标能够指示表层海水(水深<200 m)中氧气浓度的长期演变,尤其是当氧气浓度处在后生动物生存需氧阈值附近时。针对这一问题,科学家们提出以海洋碳酸盐岩的碘钙比(I/Ca)为氧化还原新指标来揭示表层海水氧化还原状态的长期演化,并实测和汇编了25亿年以来表层海洋碳酸盐岩的I/Ca,取得以下重要认识。

1)碳酸盐岩I/Ca是指示氧化至低氧(oxic–hypoxic)窗口范围内表层海水氧化还原状态的重要新指标。由于碘在现代海洋中具有长达~300 kyr的滞留时间,使其在全球海洋中具有均一性,但海洋中碘酸根(IO3-)和碘离子(I-)之间的转变则主要取决于局部水体的氧化还原状态。在低氧海水中,IO3-会完全转变成I-,I-又会在充分氧化的条件下转变成为IO3-。由于只有IO3-可以进入到碳酸盐岩的晶格中去,I-会被完全排除在外,因此碳酸盐岩的I/Ca可以反映水体中IO3-的浓度,从而间接反映水体的氧气浓度。

2)结果表明,在显生宙期间与现代氧化表层海洋碳酸盐岩接近的I/Ca值首次出现在距今约400百万年的泥盆纪,但随后又发生了下降,并在距今约200百万年的中生代再次上升??蒲Ъ颐侵赋?,400 Ma碳酸盐岩I/Ca的升高可能反映了表层海洋氧化程度短期现代化,并可能是由于陆地维管植物的繁盛导致大气氧气浓度增加所致;400–200 Ma I/Ca的降低则可能是由于大气氧气浓度升高后加剧了陆地的风化,增强了陆地营养盐向海洋的输入,导致海洋表层微生物的繁盛和耗氧量的加大,从而降低表层海水的氧气浓度和抬升海洋的化变层深度。

3)结果还表明,I/Ca在距今~200百万年的中生代升高后,始终保持在高值并持续到现代??蒲Ъ颐侨衔庖唤峁得骼嗨葡执聿愫Q蟮难趸皆诰嘟?/span>~200百万年前才出现,这明显晚于之前的认识。这次I/Ca比值的升高可能主要是由于真核浮游植物和动物的繁盛所致。例如,初级生产者个体的增大,动物滤食有机质再以大尺寸的粪粒排放,以及矿化生物的出现,都可以加快有机质的沉降速率,从而减小他们在海水中沉降过程的耗氧量,保持表层海水的高氧浓度和较深的化变层深度。

1. 碳酸盐岩I/Ca随时间的变化

2. 不同时代海洋氧化还原状态演化示意图

该项研究发表于国际自然科学领域顶级期刊《Science》上:Wanyi Lu, Andy Ridgwell, Ellen Thomas, Dalton S. Hardisty, Genming Luo, Thomas J. Algeo, Matthew R. Saltzman, Benjamin C. Gill, Yanan Shen, Hong-Fei Ling, Cole T. Edwards, Michael T. Whalen, Xiaoli Zhou, Kristina M. Gutchess, Li Jin, Rosalind E. M. Rickaby, Hugh C. Jenkyns, Timothy W. Lyons, Timothy M. Lenton, Lee R. Kump, Zunli Lu. Late inception of a resiliently oxygenated upper ocean. Science, 2018, 361(6398):174-177(译文:汤冬杰/科学研究院)

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