马坚白，汤冬杰等：中元古代增强的逆风化过程与温暖气候维持【AM，2022】

发布时间：2022-03-11     作者：    阅读：435次

       风化作用是调控地球C-S循环和气候系统变化的重要地质过程。逆风化主要是指粘土矿物在海洋中自生形成，并伴随二氧化碳释放的过程。中元古代太阳光照较弱，如果当时的大气二氧化碳仅是现代水平，那么地球很可能冰封。实际则不然，在中元古代几乎没有冰川沉积，这就要求当时有较高的温室气体水平。是什么因素导致或者维持了当时的高温室气体水平呢？有没有可能当时的逆风化比现代的要强很多，从而为维持高温室气体水平发挥了重要作用呢？

 针对上述科学问题，我校“深时生命与环境演化”求真研究群体博士研究生马坚白在导师汤冬杰副教授和史晓颖教授指导下，与加拿大麦吉尔大学Lechte博士和中国科学院周锡强副研究员合作，并在西北大学王振飞博士和黄康俊教授以及俄罗斯托木斯克理工大学Rudmin副教授帮助下，以天津蓟县铁岭子村剖面下马岭组含海绿石-磁绿泥石泥质粉砂岩为研究对象，开展了详细的沉积学、矿物学和地球化学研究工作，取得了以下重要认识：

 （1）下马岭组一段在沉积物水界面附近沉积有大量的原生至早期成岩海绿石和磁绿泥石，表明以自生粘土矿物形式的逆风化在当时得到了显著增强（图1、2）。

 （2）前人主要强调海水富Si是促进逆风化过程的关键原因，本研究发现海水缺氧铁化也是促进逆风化的重要因素（图3）。

 （3）定量计算表明仅华北地台下马岭组十余米厚等效地层内自生海绿石-磁绿泥石的快速形成和大量CO₂释放，就可导致大气超过140 ppmv的CO₂浓度（工业革命前大气含CO₂水平为~280 ppmv），从而证明元古宙中期海洋存在的逆风化过程可能是维持当时大气高CO₂浓度和温室气候的有效途径之一。

图1：下马岭组一段自生海绿石和磁绿泥石及伴生矿物的显微特征

图2：下马岭组一段海绿石和磁绿泥石XRD和TEM测试结果

图3：下马岭组一段自生海绿石和磁绿泥石成因模式图

 上述成果发表在矿物学权威期刊《American Mineralogist》上：Ma, J.B., Shi, X.Y., Lechte, M., Zhou, X.Q., Wang, Z.F., Huang, K.J., Rudmin, M., Tang, D.J.*, 2022. Mesoproterozoic seafloor authigenic glauconite-berthierine: Indicator of enhanced reverse weathering on early Earth. American Mineralogist, 107, 116-130. [IF2020 = 3.003]

 全文链接：https://doi.org/10.2138/am-2021-7904