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新元古代-古生代转折期古海水氧化及酸度的化学演变

文献类型:学位论文

作者李佳欣
答辩日期2024
文献子类博士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院地球化学研究所
导师温汉捷
关键词新元古代-古生代转折时期,多同位素指标,海洋氧化还原状态,古酸碱 度,生命演化
其他题名The chemical evolution of paleo-ocean oxidation and acidity during the transition period from Neoproterozoic to Paleozoic
英文摘要

新元古代-古生代转折时期是地球演化历史上最重要的阶段。这一时期地球上发生了一系列重要的构造活动,如罗迪尼亚超大陆的裂解以及冈瓦纳超大陆的聚合;同时还伴随着一些重要的环境气候变化:雪球地球事件,如马里诺冰期等;大气氧化事件,如新元古代氧化事件。这些构造、气候的变化似乎对生命的进化至关重要,这一时期生命的演化也出现了重要的变化,其中最为重要的是“埃迪卡拉纪生命大灭绝”和“寒武纪生命大爆发”事件。前人对于这些关键的地质事件发生的时间以及地质层位已经进行了深入研究,但是大多集中在陡山沱时期以及寒武纪地层中,对于埃迪卡拉纪最后的沉积单元灯影组研究较少。另外,古海洋化学环境的变化与大气环境变化之间的关系以及环境变化与生物演化之间的关系缺乏全面的研究。在探究海洋氧化还原状态时大多数研究都侧重在深部地层,以黑色岩系、磷块岩和硅质岩等岩性样品研究颇多,对于浅海的碳酸盐岩研究相对较少,且研究结果仍存在争议。相对于古海洋氧化还原的研究,其他化学条件的变化研究相当薄弱,如酸碱度、盐度等,但这些地球化学指标对生命的演化也至关重要。
基于上述研究背景,本论文选取华南扬子地台西南缘,云南省曲靖市马龙县的一套完整的埃迪卡拉纪灯影组海相碳酸盐岩沉积地层为研究对象。首先根据样品的岩性特征以及岩性颜色变化将整个样品划分成4 段:Interval 1~ Interval 4。此后通过多项地球化学分析指标:微量元素、稀土元素、钼同位素δ98/95Mo)、
碳同位素(δ13C)以及锶同位素(87Sr/86Sr)等对该时期浅海海洋氧化还原状态、酸碱度等化学条件以及大陆风化作用程度展开研究,并结合显微镜下工作,多角度重建该时期古海洋环境变化以及与生物演化之间的关系。主要取得以下几点认识:
(1)转折期马龙地区浅海氧化还原状态重建。通过对研究区稀土配分模式、δCe 值、氧化还原敏感元素的研究指出转折期浅海海洋以弱氧化环境为主体,局部缺氧与氧化交替存在的动态沉积环境。δ98/95Mo 值在Interval 2 时期记录了一期至少是在南华盆地或更大范围的氧化事件,海水的氧化程度与现代相当,但缺氧上升流的涌入很快破坏了这期氧化事件。氧化环境的出现对于埃迪卡拉纪生物群
以及寒武纪初期生命的演化都是有利的。
(2)转折期马龙地区海洋氧化的诱因。通过对研究区δ13C 值的研究表明,Interval 2 时期δ13C 值总体维持稳定正值,在该时期出现整个剖面最大值+6.41‰,这与同时期扬子地台以及全球的其他剖面地层对应,这很好的为碳同位素地层数据库提供新的数据支撑。碳同位素的正偏移我们认为与初级生产力增加有关,生物在进行光合作用的同时,一方面有机埋藏增加,使海洋δ13C 值增加;另一方面光合作用产O2 进一步改善海洋氧化还原条件,促使海洋发生氧化,导致δ13C极大值与海洋氧化发生在同一时间。
(3)转折期马龙地区海洋与大气环境变化间的联系。通过对研究区87Sr/86Sr值的研究表明,大多数数据能够反映古海洋的原始沉积特征,但Interval 1、Interval2 和Interval 4 时期出现3 次异常高的值,这三次异常值可能与大陆风化增强引起的碎屑物质输入增加有关。出现在Interval 2 时期的异常87Sr/86Sr 比值落后于同时期的δ98/95Mo 值和δ13C 值,我们推测这可能是由于海洋氧化带动的大气氧化,大气环境的变化增加了陆源放射性Sr 流入海洋。但是对于海洋氧化是否带动以及如何影响大气氧化还需要更多的地质证据。
(4)转折期马龙地区古海洋的酸碱性探究。利用Ga 对pH 的敏感性,对研究区开展Ga 同位素探究性实验表明,碳酸盐岩相与全岩相回收率不高,这可能与Ga 主要赋存于黏土或碎屑矿物中有关。全岩相δ71Ga 在Interval 2 海水氧化以及Sr 同位素升高时期,也出现了微弱的正偏移,推测可能是水体中的Fe-Mn 氧化物或是黏土等碎屑物质对轻Ga 同位素吸附沉淀,造成海水71Ga 增加,但实验方法及实验结果的准确性还有待于提高。B/Ca 比值在Interval 2 中部明显的升高,表明海水碱度在该时期相对升高,B/Ca 比值升高点也与该时期87Sr/86Sr 比值升高有关,黏土或碎屑等的输入可能是引起海水碱度相对升高的原因。
(5)转折期马龙地区海洋环境与生命的探究。通过对研究区碳酸盐岩的显微镜及扫描电镜的观察,可识别出4 类微生物碳酸盐岩以及一些骨骼壳体残骸;扫描电镜下也观察到丝状微生物、球状微生物,以及EPS 钙化物。相关的地球化学元素分析认为在Interval 1 时期气候比较湿润,且盐度Z 值为淡水输入的特征,该时期87Sr/86Sr 和δ18O 值也表明受到大陆风化相关的地表水输入影响,这个过程可能也带来了促使生命发展的营养物质。Interval 2- Interval 4 时期沉积环境整体较为干燥,盐度Z 值反映了盐度较高的海洋沉积环境,但数据局部波动,说明沉积环境变化较为频繁,动荡的海洋沉积环境也为海洋生物的进化与发展提供更多可适应性环境。
 

语种中文
页码167
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专题地球化学研究所_研究生
推荐引用方式
GB/T 7714
李佳欣. 新元古代-古生代转折期古海水氧化及酸度的化学演变[D]. 中国科学院地球化学研究所. 中国科学院大学. 2024.

入库方式: OAI收割

来源:地球化学研究所

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