付挺

摘要：新元古代晚期發(fā)生了地質(zhì)歷史上全球范圍內(nèi)最大的無機碳同位素（δ13Ccarb）負漂移事件，也被定義為“Shuram曲線（SE）事件”。傳統(tǒng)觀點認為SE事件反映了這一時期海洋碳循環(huán)的異常波動，極有可能源于海洋中超大型溶解有機碳庫的氧化。然而，此種機制難以解釋SE事件中部分現(xiàn)象如全球有機碳同位素（δ13Corg）較大的差異性。近幾年來，不斷有學(xué)者質(zhì)疑上述觀點，并認為SE事件遭受了成巖作用而不能反映原始的海洋碳循環(huán)過程。這一機制得到該時期碳酸鹽巖氧同位素（δ18Ocarb）與δ13Ccarb間線性關(guān)系的支持，但難以解釋SE事件中部分特征如SE事件的全球性。因此，目前關(guān)于SE事件的兩種機制均具有一定的合理性但也存在一定程度的缺陷。

關(guān)鍵詞：SE事件；超大型溶解有機碳庫；成巖作用；新元古代

引言

過去幾十年內(nèi)，碳同位素地層學(xué)已作為全球地層對比的重要手段之一。前寒武紀，特別是新元古代化石的極度貧乏，導(dǎo)致生物地層學(xué)的缺失，進而導(dǎo)致這一時期碳同位素地層學(xué)被廣泛的用于區(qū)域甚至全球地層劃分和對比（Halverson et al.， 2005）。此外，碳與生命的新陳代謝密切相關(guān)。自養(yǎng)生物的代謝作用將無機碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C碳，而異養(yǎng)生物的代謝作用又將有機碳轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機碳。需要指出的是，光合自養(yǎng)生物易繁盛于氧化的沉積環(huán)境，而化能自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物則易繁盛于缺氧的沉積環(huán)境。因此，碳同位素也被用來示蹤地質(zhì)歷史時期海洋化學(xué)的演化過程。

在新元古代化學(xué)地層學(xué)不斷深入研究的過程中，一個非同尋常的碳同位素曲線首次報道于阿曼地區(qū)埃迪卡拉紀Shuram組（Burns and Matter， 1993）。這一碳同位素曲線已被命名為“Shuram曲線（SE）事件”。在等級次序上，1000 Myr（百萬年）內(nèi)碳同位素曲線及其量級的記錄顯示最負的碳同位素發(fā)現(xiàn)于新元古代地層（圖1）。

目前為止，兩種機制被用來解釋SE事件：（1）SE事件記錄的是原始的碳同位素信號，可能源于埃迪卡拉紀超大型溶解有機碳庫的氧化（Rothman et al.， 2003； Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）；（2） SE事件記錄的是遭受成巖作用的碳同位素信號（Derry， 2010）。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文將著重評述和分析SE事件的兩種機制。

1. Shuram曲線（SE）事件

SE事件主要表現(xiàn)為以下6個特征：（1）極大的波動幅度，從+6‰到-12‰；（2）δ13Ccarb在地層上發(fā)育不對稱，從+6‰迅速下降到-12‰，然后其緩慢恢復(fù)；（3）δ13Ccarb值在連續(xù)地層中波動較小，且非常穩(wěn)定；（4）介于Marinoan冰期與埃迪卡拉型宏體化石之間；（5）很長的持續(xù)時間，記錄了SE事件的數(shù)百米厚淺海沉積地層的年代地層學(xué)證據(jù)表明其持續(xù)時間至少超過5 Myr；（6）δ13Ccarb與有機碳同位素（δ13Corg）間的非耦合關(guān)系；（7）全球眾多剖面上δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關(guān)性。

埃迪卡拉紀SE事件是上述碳同位素負漂移記錄中量級最大的，最低可達-12‰，且其表現(xiàn)為在幾百米厚的地層中同位素值普遍小于-6‰記錄可能持續(xù)時間長達5 Myr（Burns and Matter， 1993），盡管在全球范圍內(nèi)有相當數(shù)量的剖面記錄可能與SE事件相關(guān)聯(lián)，但就碳同位素波動幅度和時間延續(xù)長度而言，至少存在四個地區(qū)可與Shuram組的碳同位素負漂移相比較（圖2），包括阿曼地區(qū)（Fike et al.， 2006）、美國北部（Kaufman et al.， 2007）、中國華南（McFadden et al.， 2008）和澳大利亞南部（Calver et al， 2000）。

數(shù)據(jù)來自：阿曼地區(qū)Shuram組（Fike et al.， 2006）；澳大利亞南部Wonoka組（Calver， 2006）；中國華南Doushantuo組（McFadden et al.， 2008）；美國加利福尼亞Johnnie組（Verdel et al.， 2011）。

2. 原始信號

基于SE事件中δ13Ccarb與δ13Corg間的非耦合關(guān)系，Rothman et al.（2003）提出了一個新的有別于現(xiàn)代海洋的碳循環(huán)模式來解釋新元古代時期碳循環(huán)過程。其認為新元古代晚期存在一個超大型溶解有機碳庫，遠遠超過無機碳庫的規(guī)模，且該溶解有機碳庫的居留時間很長。此種背景下，輕餾分的溶解有機碳被氧化形成CO2將導(dǎo)致同時期無機碳組分（DIC）富集輕餾分，進而導(dǎo)致沉積物中記錄偏輕的碳同位素。此外，由于超大型溶解有機碳庫對海洋有機碳的緩沖作用，δ13Corg變化不大。這一機制隨后被廣泛的應(yīng)用于新元古代晚期碳循環(huán)的解釋（例如：Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）。

然而，近來，新元古代超大型溶解有機碳庫理論不斷的接受挑戰(zhàn)。例如，海洋中超大型溶解碳庫的存在必將導(dǎo)致全球地區(qū)δ13Corg的穩(wěn)定性和均一性，但這一時期全球地區(qū)δ13Corg波動范圍較大，存在明顯的差異性（Calver et al.， 2000； Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）。

3. 成巖作用

基于阿曼、澳大利亞南部和中國華南地區(qū)δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關(guān)性（Fike et al.， 2006； Calver， 2000； McFadden et al.， 2008），SE事件被認為是受到成巖作用的影響（Derry， 2010）。然而，上述δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關(guān)性可由其他因素所導(dǎo)致包括溫度控制的微生物呼吸過程（Stanley， 2010）和水體高溫導(dǎo)致的較高溫度的孔隙流體（Macdonald et al.， 2009）。此外，后期成巖作用引起的δ13Ccarb應(yīng)該是局部的現(xiàn)象，而非全球特征。因此，δ13Ccarb與δ18Ocarb間耦合性可能不是由后期成巖作用導(dǎo)致的，而取決于溫度和/或海水或孔隙水體組分的變化。endprint

4. 結(jié)論

兩種重要機制被用來解釋新元古代晚期SE事件。觀點1：SE事件反映了這一時期海洋碳循環(huán)的異常波動，極有可能源于海洋中超大型溶解有機碳庫的氧化。然而，此種機制難以解釋SE事件中部分現(xiàn)象如全球有機碳同位素（δ13Corg）較大的差異性。觀點2：SE事件不能反映原始的海洋碳循環(huán)過程，其遭受了成巖作用。這一機制得到該時期碳酸鹽巖氧同位素（δ18Ocarb）與δ13Ccarb間線性關(guān)系的支持，但難以解釋SE事件中部分特征如SE事件的全球性。因此，目前關(guān)于SE事件的兩種機制均具有一定的合理性但也存在一定程度的缺陷。

參考文獻

[1]Burns S J and Matter A. Carbon isotopic record of the latest Proterozoic from Oman. Eclogae Geol Helv， 1993， 86： 595-607

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