地球科学进展

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (8): 838 -851. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.040

青促会之地球科学领域 上一篇    下一篇

古元古代早中期大氧化事件及碳循环扰动
赵显烨 1 , 2( ), 王伟 1( ), 关成国 1, 宋晨冉 1 , 2, 庞科 1 , 3, 陈哲 1, 周传明 1 , 3, 袁训来 1 , 2 , 4   
  1. 1.中国科学院南京地质古生物研究所, 现代古生物学和地层学国家重点实验室, 江苏 南京 210008
    2.中国科学院大学, 北京 100049
    3.中国科学院大学南京学院, 江苏 南京 211135
    4.南京大学生物演化与环境科教融合中心, 江苏 南京 210023
  • 收稿日期:2023-02-27 修回日期:2023-05-02 出版日期:2023-08-10
  • 通讯作者: 王伟 E-mail:xyzhao@nigpas.ac.cn;wwang@nigpas.ac.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划专项项目“新元古代和古生代之交地球—生命系统演变”(2022YFF0800100);国家自然科学基金项目“新视角下的埃迪卡拉纪海洋环境——基于岩芯样品黄铁矿的矿物学和原位微区SIMS同位素分析”(42072036);中国石油勘探开发研究院科学研究与技术开发项目“烃源岩形成演化与生物勃发事件响应机理研究”(2021YJCQ03)

Early and Middle Paleoproterozoic Great Oxidation Event and Related Carbon Cycle Perturbation Events

Xianye ZHAO 1 , 2( ), Wei WANG 1( ), Chengguo GUAN 1, Chenran SONG 1 , 2, Ke PANG 1 , 3, Zhe CHEN 1, Chuanming ZHOU 1 , 3, Xunlai YUAN 1 , 2 , 4   

  1. 1.State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy, Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China
    2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    3.University of Chinese Academy of Sciences, Nanjing College, Nanjing 211135, China
    4.Center for Research and Education on Biological Evolution and Environment, Nanjing University, Nanjing 210023, China
  • Received:2023-02-27 Revised:2023-05-02 Online:2023-08-10 Published:2023-08-28
  • Contact: Wei WANG E-mail:xyzhao@nigpas.ac.cn;wwang@nigpas.ac.cn
  • About author:ZHAO Xianye (1998-), male, Yantai City, Shandong Province, Master student. Research areas include sedimentary and geochemistry. E-mail: xyzhao@nigpas.ac.cn
  • Supported by:
    the National Key Research and Development Program of China “Evolution of the Earth’s Life System at the transition of Neoproterozoic and Paleozoic”(2022YFF0800100);The National Natural Science Foundation of China “Revisiting the Ediacaran oceanic environment: mineralogical and in-situ SIMS isotopic analysis on drill-core pyrites”(42072036);The Science and Technology Research Project for the Research Institute of Petroleum Exploration and Development, CNPC “Study on the connection between the black source-rock formation and the rise of early complex life”(2021YJCQ03)
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古元古代大氧化事件（2.43~2.06 Ga）代表了地球大气氧含量首次显著升高，是地球宜居环境形成的关键时期。大氧化事件及相关碳循环扰动事件的研究，对理解地球宜居环境的形成与早期生命的演化十分重要，一直是地学领域的“热点问题”。通过系统梳理大氧化事件的研究进展，重点讨论了大氧化事件的时间框架以及启动过程与机制、大氧化事件期间碳同位素正漂移事件（Lomagundi-Jatuli事件）和大氧化事件结束后碳循环扰动事件3个方面的内容： ① 大氧化事件的启动具有间歇断续式特点，启动机制的研究呈现多元化观点； ② Lomagundi-Jatuli事件期间大气—海洋系统先后经历了氧化与脱氧过程，事件的启动机制可能是海洋初级生产力的提高，但不排除其他机制（如地球深部碳循环）的影响； ③ Lomagundi-Jatuli事件后期全球范围内有机碳埋藏量显著上升且一直持续到1.7 Ga左右（Shunga事件），期间伴有碳同位素负漂移事件（Shunga-Francevillian事件），这2次事件的机制尚待深入研究。

关键词: 大氧化事件, Lomagundi-Jatuli事件, Shunga事件, Shunga-Francevillian事件, 碳循环

The Paleoproterozoic Great Oxidation Event (GOE, approximately 2.43~2.06 Ga) is the first significant atmospheric oxygen increase and fundamentally changed the environment and habitability of the Earth. This study summarizes the research progress on the GOE and related carbon cycle perturbation events in the early and middle Paleoproterozoic, focusing on the time frame, initiation process, and mechanism of the GOE, extremely δ13Ccarb-positive excursion event (Lomagundi-Jatuli event), and carbon cycle perturbation events after the GOE. The initiation of the GOE was intermittent, and research on the initiation mechanism presents diverse viewpoints. The atmosphere-ocean system experienced oxidation and deoxygenation processes during the Lomagundi-Jatuli event, in which the initiation mechanism may have been caused by the increase in ocean primary productivity during this period, but the influence of other mechanisms (such as the deep carbon cycle of the Earth) cannot be ruled out. After the Lomagundi-Jatuli event, global organic carbon burial increased significantly and lasted until approximately 1.7 Ga (Shunga event), during which there was a δ13Ccarb-negative excursion event (Shunga-Francevillian event). The mechanism of the Shunga and Shunga-Francevillian events remains to be studied.

Key words: Great Oxidation event, Lomagundi-Jatuli event, Shunga event, Shunga-Francevillian event, Carbon cycle

中图分类号: 

图1 地质历史时期大气氧含量与碳酸盐碳同位素重建（据参考文献［ 15 ， 20 - 23 ］修改）
MIF-S：硫同位素非质量分馏；MDF-S：硫同位素质量分馏；GOE：大氧化事件
Fig. 1 Evolution of Earth’s atmospheric oxygen content and carbonate carbon isotope through time （modified after references ［15， 20-23］）
MIF-S：Mass-Independent Fractionation of Sulfur isotopes；MDF-S：Mass-Dependent Fractionation of Sulfur isotopes；GOE：Great Oxidation Event
图2 Lomagundi-Jatuli碳同位素正漂移事件经典地层序列及碳酸盐碳同位素特征（据参考文献［ 6 ， 67 - 75 ］修改）
灰色与黑色数据点分别代表Lomagundi-Jatuli事件期间和事件之后的碳同位素数据记录
Fig. 2 The δ13Ccarb records of the classical successions of the Lomagundi-Jatuli event （modified after references ［6， 67-75］）
Grey and black data dots represent δ 13C carb records during and after the Lomagundi-Jatuli events， respectively
表1 “大氧化事件”期间及之后碳循环扰动事件的地球化学特征
Table 1 Geochemical characters of the carbon cycle perturbation events during and after the GOE
事件名称 事件年龄/Ga δ13Ccarb特征 其他特征
Lomagundi-Jatuli事件 2.22~2.06 δ13Ccarb普遍高于+5‰ —
Shunga事件 2.10~1.70 — 黑色页岩发育
Shunga-Francevillian事件 约2.00 δ13Ccarb为-4‰~-5‰ —
图3 前寒武纪黑色页岩累计厚度分布图（据参考文献［ 21 ］修改）
黑色为Shunga事件时期的黑色页岩分布
Fig. 3 Frequency distribution of cumulative thickness of black shale during Precambrian （modified after reference ［ 21 ］）
Black columns indicate black shale thickness during the Shunga event
图4 滹沱群与Onega盆地的Shunga-Francevillian事件地层序列及碳酸盐碳同位素特征（据参考文献［ 6 ， 30 ， 67 - 68 ， 71 - 72 ， 75 ］修改）
Fig. 4 Shunga-Francevillian negative δ13Ccarb excursion event recorded in the Hutuo Group and the Onega basin successions （modified after references ［6，30，67-68，71-72，75］）
图5 Lomagundi-Jatuli事件、Shunga事件与Shunga-Francevillian事件已确认及可能的地层记录分布示意图
Lomagundi-Jatuli事件地层记录数据源自参考文献［ 43 ］；Shunga事件地层记录数据源自参考文献［ 89 ］； Shunga-Francevillian事件地层记录数据源自参考文献［ 78 ］
Fig. 5 Distribution of the studied regions of the Lomagundi-Jatuli event， Shunga event and Shunga-Francevillian event
Lomagundi-Jatuli event data from reference ［ 43 ］； Shunga event data from reference ［ 89 ］； Shunga-Francevillian event data from reference ［ 78 ］
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