近日，我院杨秀清教授、李荣西教授、中国地质科学院矿产资源研究所毛景文院士及其国内外合作者在国际知名期刊《Earth and Planetary Science Letters》上发表了题为“Fluctuating oxygenation and dynamic iron cycling in the late Paleoproterozoic ocean”的文章, 该期刊是Nature Index收录期刊、中科院I区top期刊。

元古宙中期（18-8亿年）大气氧化缓慢，生命演化迟缓，通常被认为是地球平静期（Boring Billion）。尽管诸多研究表明该时期海洋深部持续出现缺氧、铁化海洋，但是元古宙中期铁建造却大规模缺失，这与早前寒武纪缺氧、铁化海洋沉积巨量铁建造形成鲜明对比。近年来，少量元古宙中期铁建造被相继报道，但是其成因机制及其对海洋环境指示意义研究薄弱。

我国宣龙式铁矿赋存于华北克拉通串岭沟组下部，是继18.8亿年铁建造大规模消亡之后最早出现的铁建造。论文对宣龙式铁矿赋矿岩系16.4亿年串岭沟组开展了系统的主微量、铁组分、有机碳和铁同位素分析。结果表明，宣龙式铁矿显示低Y/Ho比值、轻微Eu正异常、无Ce异常、富集重铁同位素，相对深海沉积物（δ¹³C_org可达-33.4‰）浅海沉积物具有较高有机碳同位素值（δ¹³C_org为-29‰），这表明当时海洋氧化还原分层，海水表层氧化，深部缺氧、铁化。同时生态系统也出现分层，浅海相以自养生物为主（例如微需氧铁氧化菌和/或缺氧光合生物），深水相以异养生物为主（如异化铁还原菌）。研究推测哥伦比亚超大陆裂解伴随的热液活动导致深部铁化海洋发育，由于间歇性铁浓度升高，微需氧铁氧化菌和/或缺氧光合生物引起铁氧化沉淀于浅海氧化还原界面附近，形成串岭沟组底部宣龙式铁矿。

此外，研究还发现串岭沟组上部页岩记录了间歇性深海氧化现象，这与最新报道的元古宙中期出现脉动氧化事件一致，表明元古宙中期短周期和长周期内海洋波动氧化比较常见，同时海水铁循环也出现动态变化（图1），二者共同限制了元古宙中期真核生物演化以及铁建造沉积，该研究有效推动了成矿与环境生命协同演化研究。

图1. 地质历史时期海洋大气环境演化与铁建造分布示意图

文章信息：Yang, X.Q*., Mao. J.W., Li, R.X., Huang, F., He, C., Zhao, C., Wei, W., Yang, G.W., Xiong, Y.J., Poulton, S.W. 2024. Fluctuating oxygenation and dynamic iron cycling in the late Paleoproterozoic ocean. Earth and Planetary Science Letters, 626, 118554. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118554