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EPSL:铬同位素对二叠纪-三叠纪之交海洋氧化还原状态演化的制约

2021-08-02 10:55     来源:地学之家     稳定同位素技术
GCA: 岩石圈地幔的钾同位素组成

二叠纪-三叠纪之交的生物灭绝事件是显生宙以来最为严重的一次,海洋缺氧事件可能在生物灭绝和后续迟缓的生物复苏中都起到了重要的作用。但是对于海洋缺氧的时间、范围和尺度等方面仍然存在一定的争论。新兴的同位素地球化学指标也许可以为这一问题提供更多的制约。

Cr是一种氧化还原敏感元素,三价铬Cr(III)和六价铬Cr(VI)之间的转化会伴随明显的Cr同位素分馏。在氧化的大气环境下,Cr(III)可以被锰氧化物氧化为Cr(VI),Cr(VI)易溶于水,在随水体迁移以及在海洋中的循环会受控于环境氧化还原状态。

中国科大秦礼萍教授团队和沈延安教授团队合作,研究了二叠纪-三叠纪之交湖北峡口剖面的碳酸盐岩Cr同位素组成。在晚二叠纪地层中观察到了非常偏正的δ53Cr值(1.15‰-2.16‰,平均值1.78‰),高于现代海水值以及绝大部分的碳酸盐岩值。当前一般认为碳酸盐Cr同位素并不能直接反映海水值,稍偏正的δ53Cr值也可能由Cr的非氧化还原循环造成,大部分碳酸盐δ53Cr值应低于海水。晚二叠纪观察到的这些极高的δ53Cr值最可能的解释是由于晚二叠纪海洋相对较为缺氧,Cr(VI)的部分还原引起的同位素分馏使得当时的海水具有很高的δ53Cr值。在生物灭绝区间附近,Cr同位素快速负偏至高温岩石储库区间,最可能的解释是海洋缺氧区域的快速扩张,导致大陆氧化风化来源的Cr(VI)在海洋迁移的过程中被全部还原,无法到达峡口剖面所在地。早三叠纪持续的低δ53Cr值说明海洋缺氧持续了很长一段时间都没有恢复。本研究说明从晚二叠纪到早三叠纪海洋环境是阶段式恶化的,晚二叠纪存在一定程度的缺氧,之后缺氧区域快速扩张,并在早三叠纪很长的时间内都没有恢复,这些过程可能对生物灭绝以及之后迟缓的生物复苏造成影响。

 

图1,峡口剖面Cr同位素记录


图2,晚二叠纪样品Cr同位素组成与其他显生宙碳酸盐岩、现代海水和河水Cr同位素组成的对比
 
此外,沉积岩中连续的处于高温岩石储库区间的Cr同位素组成一般被解释为当时大气氧含量较低(<1% PAL,现代氧含量),抑制了Cra的氧化风化过程(Freiet al., 2009; Planavsky et al., 2014)。而早三叠纪碳酸盐岩Cr同位素结果表明,在氧气含量大于1% PAL的情况下也可以存在连续的处于高温岩石储库值区间的自生Cr同位素组成。因此,单一剖面持续的低Cr同位素组成并不能直接推断出大气氧气含量较低。该成果近期发表于Earth and Planetary Science Letters上,中国科大地空学院博士后方子遥为第一作者,秦礼萍教授为通讯作者,该研究得到国家自然科学基金和中央高校业务基金的支持。 论文信息:Fang, Z., He, X., Zhang, G., Zhang, X., Shen, Y., Qin, L.,2021. Ocean redox changes from the latest Permian to Early Triassic recorded bychromium isotopes. Earth and Planetary Science Letters 570, 117050.

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117050



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