Science: 氧同位素组合揭示地球碳循环

Carbon Research2024-07-01

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Terry 建议删除；点击清除标记。' typos=true>Isson, Sofia Rauzi , Oxygen isotope ensemble reveals Eart建议删除；点击清除标记。' typos=true>h’s seawater, temperature, and carbon cycle history. Science 383, 666-670(2024). DOI:10.1126/science.adg1366

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Oxygen isotope ensemble reveals Eart建议删除；点击清除标记。' typos=true>h’s seawater, temperature, and carbon cycle history.pdf

作者

文章摘要

地球数十亿年来存在生命和液态水的证据非常丰富。然而，地球为什么能长期适宜生存，以及在广泛形成海洋和大陆之后的环境条件仍然没有完全了解。随着太阳辐射的增强，大气中二氧化碳分压（ pCO₂ ）的逐步减少，被认为是维持高于冰点条件所必需的。尽管固体地球脱气、地壳反应性、硅酸盐风化反馈和反向风化反馈被认为对长期 pCO₂ 趋势有所贡献，但这些因素的效力和时间点仍存在争议。此外，关于地表温度的历史也缺乏共识，这限制了研究人员对生命起源和演化条件的理 解。通过结合碳酸盐、硅酸盐或磷酸盐的沉积氧同位素（ δ¹⁸O ）记录与氧化铁的 δ¹⁸O 记录，可以同时重建温度和海水氧同位素组成的演变。通过对比页岩记录，可以确定海洋自生和陆地粘土丰度的同期历史，从而提供对全球碳循环演变的洞察。

硅酸盐、碳酸盐和磷酸盐的氧同位素沉积记录显示出自太古宙以来的长期上升趋势。这一趋势被广泛认为反映了海水 δ¹⁸O 和温度的综合历史。一种极端情况认为海水 δ¹⁸O 增加，暗示地表温度在地球历史中相对不变。另一种极端情况认为早期海洋温度显著更高，暗示海水 δ¹⁸O 稳定在约 0‰ 。一些研究采用更细致的方法，允许海水 δ¹⁸O 和温度的共同演化。本研究表明，自太古宙以来地球的持续适居性仍然理解不足。通过包括页岩、氧化铁、碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐记录在内的氧同位素集合方法，本研究整合了海水 δ¹⁸O 、温度以及海洋和陆地粘土丰度的数十亿年历史。结果显示海水 δ¹⁸O 上升和中元古代温带气候，这与早期地球炎热的解释不同，表明气候系统具有强缓冲性。前寒武纪沉积物富含海洋自生粘土，在与古生代和新生代的降温、硅质生物的扩展和陆地植物的辐射相一致时显著减少。

要点图例

图1:海洋沉积物的氧同位素记录

图 2: 矿物-水和矿物-矿物氧同位素偏移

图 3:基于配对矿物法的海水δ¹⁸O、温度和页岩海洋自生黏土含量的历史

文章结论

本研究显示地表粘土矿物生产位置的显著转变与关键气候、海水δ¹⁸O、进化和生态过渡相吻合。这些变化归因于海洋和陆地粘土合成强度的变化。古生代fmac过渡与陆地粘土保留增加的证据一致，可能由根植植物的扩展驱动，导致粘土形成成分向海洋输送减少，从而减少海洋粘土自生和fmac。硅质生物的扩展通过降低溶解硅水平和将硅沉积转向更深的环境来减少海洋粘土自生，这些变化可能对古生代和新生代的fmac过渡做出贡献。

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