《锂同位素证据表明泥盆纪森林的出现可能显著改变了全球硅酸盐风化》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2025-07-01
  • 在泥盆纪,地球经历了显著的气候与环境变迁,这些变化对全球的生物地球化学循环产生了持久影响,甚至延续至今。大量研究表明,该时期大气中的CO2浓度可能从2000 ppm降至1000 ppm以下,而O2浓度则有所上升,这为多细胞生物创造了更适宜的生态环境。在此期间,珊瑚礁规模达到空前高峰,鱼类多样性显著增加,陆生植物也演化出大型叶片、种子和根系等结构。然而,尽管存在这些“有利”的条件,晚泥盆世仍发生了一系列短暂的生物事件与生物多样性危机,包括弗拉阶-法门阶和泥盆纪-石炭纪之交。这些事件共同造成了地质历史上五大生物大灭绝事件之一,消灭了大约一半的海洋生物。关于这些灭绝事件的直接原因,学界提出了多种假说,一个可能的直接驱动因素是海洋缺氧,这一点已被越来越多的生物地球化学模型和铀同位素证据所支持。而当时海洋氧化还原状态的变化,很可能与构造活动或植物演化事件有关,两者都可能显著影响陆地风化过程。

    锂同位素分馏程度与水岩反应时间相关。现代海洋中,锂的滞留时间约为100万年,其主要来源是大陆风化与洋中脊热液流体。海水中的锂通过形成黏土矿物被移除,该过程既发生在浅海沉积物中,也发生在洋壳深部的沉积层。因此,只要能约束锂的热液输入与输出通量,就可以用古海水锂同位素组成来反演古大陆风化过程。英国伦敦大学与荷兰乌得勒支大学的学者联合国内外十余所研究机构,测量了来自全球不同沉积环境的腕足类和碳酸盐岩全岩样品的δ7Li值,以追踪泥盆纪期间硅酸盐风化演变。迄今为止,关于腕足类碳酸盐的锂同位素研究较少,但已有结果表明腕足类能够可靠记录海水的锂同位素组成,且与海水之间存在稳定的同位素偏移。本研究进一步评估了古生代腕足类记录海水δ7Li的可靠性;之后判断在该时期风化过程是否发生变化,并探讨控制δ7Li变化的可能机制;最后,讨论风化作用对晚泥盆世大灭绝事件的影响及其在地球系统演变中的意义。

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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2020-12-23
    • 加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所和芝加哥大学的科学家进行的一项新研究,揭示了地球科学界存在巨大分歧的问题:板块俯冲是什么时候开始的? 相关成果发表在12月9日的《科学进展》(Science Advances)期刊上。 根据调查结果显示,地球板块俯冲最早可能始于37.5亿年前,此次板块运动改变了地球的表面形状,为宜居星球的形成奠定了基础。地球化学家Scripps和论文主要研究者Sarah Aarons认为,确定宜居地球最早形成时间的线索来自于古代岩石元素组成特征—特别是钛元素。Aarons分析了来自加拿大苔原的Acasta片麻岩复合体(地球上最古老的岩石样本),该岩石露头形成于距今40.2亿年。这些岩石样品形成于冥古宙,始于地球形成之初,因此,保留了部分宜居地球形成初期的重要信息。 Aarons将Acasta片麻岩样本与俯冲带中形成的较新的现代岩石进行了比较分析,发现年龄为37.5亿年的样品岩石结构和组成特征与现代岩石样本相似,说明板块俯冲始于37.5亿年。 众所周知,对古代俯冲带演化历史和成因研究非常困难。因为,地壳向下俯冲进入地幔时,岩石不断被破坏,只有少量保留原始信息的岩石样品能被保留下来。长期以来,科学家就板块构造和俯冲作用的初始时间问题一直存在争论,大概时间确定在8.5~42亿年前,时间跨度占地球历史的三分之二以上。板块俯冲初始时间代表了地球从以贯穿海洋表面的瞬态陆地为主的行星变为由长寿大陆为主的星球形成时间。 板块俯冲发生于洋壳和陆壳相互碰撞过程,由于陆壳比洋壳厚且密度较小,因此碰撞时海壳以每年平均几厘米的速度向下俯冲于陆壳之下,推入地幔。碰撞俯冲作用形成了足以使地幔岩浆逃逸到地表的高温区域,造就了诸如圣海伦斯火山和环太平洋沿岸的大型火山带。 板块构造和俯冲带决定了地球的外观,从而推动了大陆板块和盆地的形成,这些盆地被充填后便形成海洋。它们同样也决定了对地球表面岩石的化学特性和孕育生命的能力。板块俯冲作用促使新兴大陆形成,并通过调节大气中温室二氧化碳的含量来进一步控制全球气候变化。 在距今40亿年的岩石样本中,Aarons发现了类似于现代地幔柱(夏威夷和冰岛)中形成的岩石特征,但距今37.5亿年的岩石样品与现代俯冲带中形成的岩石高度相似,这表明在距今37.5亿年时,板块俯冲作用已经发生。 “尽管钛同位素地球化学特征无法证明这样的板块构造正在全球范围内发生,但确实能证明此时已存在湿法岩浆作用,代表了板块俯冲作用的发生” Aarons说。这项研究中使用的技术方法可以应用于世界各地的其他古代岩石,以获得更多有关地球新兴大陆的组成和演化历史信息。 (熊萍 编译)
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