大气氧长期制约着海洋生物地球化学和生态系统，~25亿–22亿年前大气圈发生了一次重要氧化事件（即大氧化事件，GOE），大气氧含量显著增加到现今大气圈氧气含量的十万分之一，在随后的十亿年，普遍认为大气氧浓度又开始降低。元古宙中期（18-8亿年）大气圈氧化缓慢，生命演化迟缓，被认为是地球平静期（Boring Billion）。然而，越来越多的学者研究表明，这一时期并非那么平静，大量证据显示该时期海洋出现了脉动氧化事件。但是，引起这些氧化事件的原因，以及这些氧化事件局限于海洋还是指示了全球大气增氧尚缺乏深入研究。

铼-锇（¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os）体系不仅是一种用途广泛的精密计时器，还可以有效地示踪沉积古环境。在氧化的大气圈，Re以ReO^4-形式被搬运进入海洋，¹⁸⁷Re通过β-衰变逐渐转变为稳定同位素¹⁸⁷Os，这一衰变过程具有稳定的半衰期（约41.6×10¹⁰年）。海水¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os组成反应了放射成因Os和非放射成因Os输入状态，例如现代海洋¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os比值约为1.06，这是由于陆表径流带来了大量氧化风化来源的放射成因Os。而来自宇宙尘埃和海底热液Os同位素具有非放射成因特征，¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os约为0.13。因此，海水¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os可以示踪地球表层氧化还原环境演化。近年来，铜同位素也用于研究地球表生环境演化过程，例如前人研究表明，氧化风化大陆硫化物（例如黄铜矿和辉铜矿）将会通过陆表径流向海洋输送重铜（⁶⁵Cu）同位素。我国华北克拉通16.4亿年串岭沟组发育有地球平静期最古老、保存最好的黑色页岩。鉴于此，我院杨秀清教授、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对我国华北克拉通串岭沟组中黑色页岩和白云岩开展了元素、Re-Os和Cu同位素组成研究，取得了如下重要认识：

（1）串岭沟组黑色页岩初始¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os为1.06 ± 0.14，与现代海水基本接近，白云岩初始¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os为0.70 ± 0.12，这表明同时期海水¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os显著富集放射成因Os。黑色页岩Cu同位素变化范围为-0.19‰–0.43‰，平均值为+0.12‰ ± 0.17‰，显著高于GOE之前页岩δ⁶⁵Cu值，而与GOE期间和GOE后页岩δ⁶⁵Cu值比较接近，暗示大陆氧化风化硫化物导致同时期沉积的黑色页岩富集重铜同位素。此外，黑色页岩Th/U比值和经K₂O校正后的化学风化蚀变指标（CIA-K）均较高（图1）。综合表明，串岭沟组形成时经历了强烈的氧化风化作用。

（2）前人研究表明，大多前寒武纪时期海水¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os显示非放射成因特征，直到新元古代，海水¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os才升高到~1.2。元古宙中期海水具有非常低的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os，这与该时期低大气氧含量一致。然而，16.4亿年串岭沟组¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os与新元古代接近，显著高于前寒武纪其他时期（图2），暗示经历了一次脉冲式大气增氧事件，伴随着大陆风化作用显著增强。

（3）串岭沟组沉积于燕辽裂谷盆地，为响应哥伦比亚超大陆初期裂解形成，同时期伴随有大规模火成岩省，镁铁质岩石风化将导致输入海洋的营养元素（例如磷）通量显著增多，这会提高海洋原始生产力，进而导致产氧能力增强。另一方面，哥伦比亚超大陆裂解将会导致海岸线增多，为产氧的蓝藻细菌提供了更多栖息地。据此，我们提出16.4亿年大气增氧伴随的强烈风化作用可能与哥伦比亚超大陆裂解相关。

图1 串岭沟组钻孔岩心沉积地球化学剖面

图2前寒武纪沉积岩初始Os和Cu同位素组成演化

文章信息：Yang, X.Q*., Yang, G.W., Li, C., Konhauser, K.O., Wu, C.Z., Huang, F., Mao, J.W., 2025. Pulse of intense oxidative weathering during the latest Paleoproterozoic, Geology 53(1), 78-82. https://doi.org/10.1130/G52373.1