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图1. 沉积盆地高价铁/锰氧化物诱发的甲烷热氧化

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图1. 沉积盆地高价铁/锰氧化物诱发的甲烷热氧化

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“臼齿构造(Molar Tooth Structure)”是指在距今约25-7.5亿年前的元古代地层中广泛发育一种特殊的碳酸盐岩沉积构造,其形似“臼齿”,并且由等粒微亮晶方解石充填。“臼齿”碳酸盐岩因其极为独特的形态特征、以及谜一样的方解石的填充机制引起了沉积学家的广泛兴趣,更为有趣的是,它消失的时间与地球的一系列强烈变更—大气的氧化、全球冰期和动物的出现等相对应,它们之间是否存在必然联系尚不得而知。近百年来,“臼齿构造”的成因机制和地质意义一直是众多地质学家关注的焦点问题。

近百年来,“臼齿构造”的成因机制和地质意义一直是众多地质学家关注的焦点问题。在距今约25~7.5亿年前的元古代地层中广泛发育一种特殊的碳酸盐岩沉积构造,因其形似“臼齿”,并且由等粒微亮晶方解石充填,故被称为“臼齿构造”。“臼齿”碳酸盐岩因其独特的形态特征以及谜一样的方解石的填充机制引起了沉积学家的广泛关注。更值得一提的是,臼齿构造消失的时候地球也正发生一系列剧烈变化——大气的氧化、全球冰期和动物的出现等,它们之间是否有必然联系尚不得而知。

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近期,国际地学学术期刊《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta)在线发表了中国科学院三亚深海科学与工程研究所深海科学部深海地质与地球化学研究室研究员彭晓彤课题组题为Coexistence of Fe- and Mn-oxidizing bacteria govern the formation of deep sea umber deposits 的最新研究成果(Peng, X., Ta, K., Chen, S., Zhang, L., Xu, H., 2015)。该论文报道了深海低温热液极端环境中两种金属氧化微生物——铁氧化菌、锰氧化菌相互作用并控制深海焦土沉积体形成的机理。

图1. 沉积盆地高价铁/锰氧化物诱发的甲烷热氧化模式示意图

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此项研究在对解释“臼齿”碳酸盐岩的形成机制的同时,对元古代的海洋、大气环境以及全球冰期的产生具有重要的指示意义。研究表明,元古代海洋的广泛硫化使得当时海洋沉积物具有与显生宙完全不同的地球化学结构,即硫还原带与甲烷生成带完全重叠。两带的重合使海底甲烷的大量释放成为可能,这意味着除去众所周知的温室气体CO2,甲烷极有可能是元古代大气温室气体的另一个重要来源;距今约7.5亿年前的大气氧化则阻止了海底甲烷的进一步释放,从而直接诱发了随之而来的全球冰期,即“雪球地球”。

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深海焦土矿床是一种形成于深海环境、富含铁氧化物和锰氧化物的金属矿床。焦土一般呈现红褐色,因其中锰氧化物的百分含量不同,其颜色可从黄色、红褐色变化到灰黑色,最为人们所熟知的莫过于位于地中海Cyprus的焦土矿床。数十年来,围绕深海焦土矿床的成因一直存在争议,“生物成因说”与“化学成因说”是其中争论的焦点。

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                     铁化海洋模型                       硫化海洋模型

上月,北京大学沈冰、董琳课题组在臼齿碳酸盐岩研究上获得重要进展。该研究对吉林省南部的早新元古代万隆组地层中的“臼齿碳酸盐岩”的镁、硫同位素进行了测试分析,结果表明,“臼齿”碳酸盐岩形成于海底沉积物中的“硫还原–甲烷生成”重叠带上。在重叠带的缺氧条件下,甲烷气体源源不断大量产生并且释放到海洋里,随着压力的增大,致使尚未固结完全的沉积物产生裂隙,为微亮晶方解石提供了容纳空间;同时产生甲烷气体的一系列反应导致了沉积物中孔隙水的pH值升高,促进了方解石的析出。

与俄罗斯Udokan全球最古老的沉积岩型层状铜矿床一样,胡家峪铜矿形成于20亿年左右,产于全球大氧化事件之后, 可能是对地球生态系统从还原状态向氧化状态转变的重要响应。

深海微需氧嗜中性铁氧化微生物及其矿化产物

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