“大氧化事件”研究成果“休伦冰期时间厘定和两阶段大氧化模式”将被引入第三版

发布时间：2015-02-11

Holland（2002）最早使用大氧化事件（Great Oxidation Event，简为GOE）的概念，意指2.3Ga左右大气圈成分由缺氧到富氧的变化（The change in the composition of the atmosphere from anoxygenic to oxygenated ca. 2.3 Ga）。GOE一词概括了最近30年前寒武纪地球科学研究的重大进展之一，是当前国际地学领域的研究热点（赵振华, 2010; Tang and Chen, 2013; Zhai and Santosh, 2011, 2013;及其引文）。1985年之前，科学家普遍认为地球表层系统，特别是水-气系统（水圈+大气圈）的氧化过程是缓慢的、渐变的，至少始于3.8Ga，主要发生在2.6-1.9Ga期间（Cloud,1968;Frakes,1979;Schidlowski et al.,1975;Holland, 1984）。1985之后，受白垩纪末期恐龙灭绝事件和天体化学研究（欧阳自远,1988）的影响，学者们开始认识到这次水-气系统充氧事件及相关变化的突发性、短时性、剧烈性和全面性（Chen, 1988; 陈衍景，1990；陈衍景等, 1994；Karhu and Holland, 1996; Melezhik et al., 1999），包括各大陆大量发育Superior湖型BIF（Huston and Logan, 2004），沉积含叠层石厚层碳酸盐和菱镁矿 (Melezhik et al., 1999; Tang et al., 2013a)，出现红层、膏盐层、磷块岩 (陈衍景, 1996)，发生冰川事件 (Tang and Chen, 2013; Young, 2013)，有机碳大量堆埋并形成石墨矿床(陈衍景等，2000)，沉积物出现Eu亏损（Chen and Zhao, 1997; Chen et al., 1998; Tang et al., 2013b）并形成稀土铁建造（Tu et al., 1985; 赵振华, 2010），碳酸盐碳同位素普遍正向漂移 (Lai et al., 2012; Tang et al., 2011, 2013a,b)以及S、N、Mo等同位素显著分馏 (Schidlowski, 1988; Holland, 2002; Anbar et al., 2007; 及其引文)等。据估算，大气中的自由氧含量（以相当于现代大气圈的分压表示，PAL=Present Atmosphere Level）在2.4-2.2Ga期间从<10^-¹³ PAL增至15%PAL(Karhu and Holland, 1996)，足见其快速、巨量的特征，故称为“大”氧化事件。

大氧化事件导致地球表层系统的全面变革，表现为多方面的子事件或次级事件，它们按照自然规律依序发生。但是，关于这些子事件的发生顺序和时间研究薄弱，直接制约着事件本质和起因的认识。例如，Melezhik et al. (1999)曾将休伦冰期置于GOE之前，导致诸多矛盾.

全球性冰川事件缘于O₂等冷室气体增多和CH₄-CO₂等温室气体减少，是共识的大氧化事件的标志，休伦冰川事件是GOE的主要标志和组成之一。Tang and Chen (2013)通过收集、汇编古元古代含冰碛岩沉积建造的地层学与年代学资料，厘定休伦冰川事件具全球性，时间为2.29-2.25Ga。发现冰碛岩层位在世界著名BIF之上，位于红层、蒸发岩和具 d¹³C正异常的碳酸盐地层之下，据此提出了大氧化事件的先水圈、后气圈的两阶段氧化模型：在2.5Ga开始生物光合作用增强，在2.5-2.3Ga期间（成铁纪）水圈逐步氧化，全球性Superior型BIF发育；2.3Ga之后，即水圈氧化之后，大气圈快速充氧，CH₄和CO₂因转变为有机质堆埋而减少，全球气候变冷.