北京大學最新研究成果揭示元古代海底甲烷的釋放機制

2021-01-15 中國政府網

北京大學最新研究成果揭示元古代海底甲烷的釋放機制

中央政府門戶網站　www.gov.cn 2016-01-29 13:55 來源： 自然科學基金會網站

在國家自然科學基金（項目號：41272017、41322021）的資助下，北京大學沈冰、董琳課題組近期在臼齒碳酸鹽巖研究上取得重要進展，相關研究成果於2016年1月7日發表於Nature Communication，論文題目為「Molar tooth carbonates and benthic methane fluxes in Proterozoic oceans」 （臼齒構造碳酸鹽巖與元古代海底甲烷通量）。該研究對吉林省南部的早新元古代萬隆組地層中的「臼齒碳酸鹽巖」的鎂、硫同位素進行了測試分析，結果表明，「臼齒」碳酸鹽巖形成於海底沉積物中的「硫還原–甲烷生成」重疊帶上。在重疊帶的缺氧條件下，甲烷氣體源源不斷大量產生並且釋放到海洋裡，隨著壓力的增大，致使尚未固結完全的沉積物產生裂隙，為微亮晶方解石提供了容納空間；同時產生甲烷氣體的一系列反應導致了沉積物中孔隙水的pH值升高，促進了方解石的析出。

近百年來，「臼齒構造」的成因機制和地質意義一直是眾多地質學家關注的焦點問題。「臼齒構造」（Molar Tooth Structure）是指在距今約25~7.5億年前的元古代地層中廣泛發育一種特殊的碳酸鹽巖沉積構造，其形似「臼齒」，並且由等粒微亮晶方解石充填。「臼齒」碳酸鹽巖因其極為獨特的形態特徵以及謎一樣的方解石的填充機制引起了沉積學家的廣泛關注。更為有趣的是，臼齒構造消失的時候地球也正發生一系列劇烈變化——大氣的氧化、全球冰期和動物的出現等，它們之間是否有必然聯繫尚不得而知。

此項研究不僅解釋了「臼齒」碳酸鹽巖的形成機制，同時對元古代的海洋、大氣環境以及全球冰期的產生具有重要的指示意義。研究表明，元古代海洋的廣泛硫化使得當時海洋沉積物具有與顯生宙完全不同的地球化學結構，即硫還原帶與甲烷生成帶完全重疊。兩帶的重合使海底甲烷的大量釋放成為可能，這意味著除去眾所周知的溫室氣體CO2，甲烷極有可能是元古代大氣溫室氣體的另一個重要來源；距今約7.5億年前的大氣氧化則阻止了海底甲烷的進一步釋放，從而直接誘發了隨之而來的全球冰期，即「雪球地球」。



責任編輯： 傅義洲

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