新元古代冰期研究的重要进展

近年来，美国路易斯安那州立大学鲍惠铭教授课题组与中国科学院南京地质古生物研究所科学家合作开展新元古代极端冰期事件研究取得了多项重要成果。最近双方在冰川沉积的同位素记录以及冰期结束后17O亏损事件研究中又取得新进展，有两篇重要论文分别发表在Geology和PNAS。

在新元古代时期地球上发生了多次全球性冰期事件，但冰期发生的最直接证据之一—冰川融水的氧同位素组成记录却非常匮乏。以前有限的同位素数据来自碳酸盐矿物，而碳酸盐的氧同位素组成在成岩和后期变质过程很容易被改变。在贵州开阳地区南沱组冰碛岩中发现重晶石和含硫酸盐的自生孔雀石，它们是辉铜矿（Cu2S）碎屑颗粒的氧化产物。硫酸盐具极低的δ18O值（-20.3‰，VSMOW，是目前为止已发表的最低的硫酸盐的氧同位素值），表明氧化辉铜矿的水体具有更低的氧同位素组成（-34‰±10‰，VSMOW），与现在极地冰川的氧同位素相似。该项研究为南沱组杂砾岩的冰川成因提供了最直接的证据（见Peng et al., 2013, Geology）。

华南南沱冰碛岩之上盖帽白云岩中重晶石沉积的多氧同位素（18O、17O、16O）研究表明，其17O异常达到7.5亿年以来的最大值，表明冰期结束时大气二氧化碳含量达到了一个高峰，它是新元古代冰期结束的主要原因。重晶石多氧同位素研究因此成为“雪球地球”假说的最直接证据。湖北神农架地区盖帽白云岩中发育多达11层重晶石沉积，完整记录了新元古代Marinoan冰期结束后的17O亏损事件（MOSD，Marinoan Oxygen-17 Depletion）。通过和华南其他剖面盖帽白云岩碳同位素地层对比，结合盖帽白云岩地层的同位素年龄数据，将17O亏损事件的持续时间限制在1个百万年之内。该项研究将有助于我们模拟在地球历史中最剧烈的气候转变时期，地球系统是如何响应的，进而对评估地球系统经历极端变化后的恢复能力具有重要参考价值。（见Killingsworth et al., 2013, PNAS）。

本研究得到来自中国科学院、国家科技部、国家自然科学基金委员会，以及美国NSF、NASA的经费资助。

中国科学院南京地质古生物研究所