埃迪卡拉紀古海洋碳異常的地質意義

埃迪卡拉紀古海洋有機碳同位素異常及其地質意義

埃迪卡拉系（635Ma——542Ma）是地球演化史上的重大過渡期，發(fā)生了一系列事件，如海洋化學條件的波動和早期動物的爆發(fā)式演化等，并對地球表層系統(tǒng)產生了重要影響。埃迪卡拉系也是地球歷史上碳循環(huán)的重大波動期，近年來,學者們對埃迪卡拉系開展了大量的13C化學地層研究。埃迪卡拉紀13C變化存在兩個顯著的特點:1

、極低的無機碳同位素負異常，已在多條剖面上識別，其變化幅度遠大于顯生宙已知的記錄。2、有機碳同位素(δ13Corg)和無機碳同位素（δ13Ccarb)組成具解耦變化

碳同位素漂移原因

碳同位素漂移原因

1、雪球地球假說

在580-750Ma之間，至少發(fā)生一次地球上持續(xù)千萬年的海洋被冰封住事件，地表海洋的生物產率曾經中斷了數百萬年，導致δ13C負異常：

2、“甲烷泄露”假說

新元古代冰期，由于氣溫低，在永久凍土層和大陸邊緣海底沉積物中，可能形成了地球歷史上數量最大的天然氣水合物，冰期之后氣候變暖，海侵使大陸架和內部盆地的大面積永久凍土層被海水淹沒,甲烷水合物分解,釋放甲烷進人大氣,大氣中甲烷氣體含量增加,增強了溫室效應。蓋帽碳鹽巖及其同位素異常是因為極端寒冷氣候過后,甲烷在碳酸鹽過飽和海洋中氧化的結果。

埃迪卡拉系以一套廣泛分布的蓋帽碳酸鹽巖為特征,底部年齡約635Ma主要包括3種相類型:1、臺內陸架和陸架邊緣地區(qū)以碳酸鹽巖沉積為主,2、臺內瀉湖則發(fā)育互層狀碳酸鹽巖和黑色頁巖3、而深水盆地相區(qū)主要為黑色泥巖.我們選擇了兩條保存較好的剖面開展晚埃迪卡拉紀至早寒武世的化學地層研究：

一條是九龍灣-季家坡剖面,屬淺水臺地相沉積,位于宜昌三峽地區(qū);

另一條是龍鼻嘴剖面,屬深水盆地沉積,位于湖南吉首地區(qū)。1九家龍-季家坡剖面2龍鼻嘴剖面1九家龍-季家坡剖面2龍鼻嘴剖面三峽地區(qū)九龍灣-季家坡剖面碳同位素變化在淺色厚層白云巖為主的蛤蟆井段和白馬馱段,13Corg值相對較高,在27‰~24‰波動,平均值26‰;而在深灰色薄層灰?guī)r為主的石板灘段,13Corg值相對較低,大部分落在29‰~26‰區(qū)間,平均值28‰在淺色厚層白云巖為主的蛤蟆井段和白馬馱段,13Corg值相對較高,在27‰~24‰波動,平均值26‰;而在深灰色薄層灰?guī)r為主的石板灘段,13Corg值相對較低,大部分落在29‰~26‰區(qū)間,平均值28‰在淺色厚層白云巖為主的蛤蟆井段,13Corg值相對較高,在-27‰~-24‰波動,平均值-26‰;在深灰色薄層灰?guī)r為主的石板灘段,13Corg值相對較低,大部分落在-29‰~-26‰區(qū)間,平均值-28‰燈影組13Corg的變化趨勢恰好與13Corg相反.在燈影組/巖家河組界線附近,13Ccarb有一個明顯的負異常,最低可達-5.4‰;與此同時13Corg也突然下降,最低值達-37‰;隨后,13Corg變回正值,水井沱組底部的另一個負異常出現;而13Corg值小幅上升并穩(wěn)定在-33‰附近

從圖我們可以看出，與臺地相剖面的不同在于龍鼻嘴剖面沒有大于-30‰的數據.前人對該剖面進行過有機碳同位素的分析(WangJ等,2012),盡管所采用的脫碳酸鹽的方法不同,但是分析結果與之非常相近.

碳酸鹽巖的碳同位素組成易受成巖作用的影響，有研究者據13Ccarb和18O的共變關系,認為陡山沱組頂部及其相當地層的13Ccarb負異常是成巖作用或與自生碳酸鹽巖沉積有關.但該異常在華南地區(qū)不同沉積環(huán)境下的多條剖面上都有記錄，在其他大陸近于同期的地層中也廣泛存在,很難用成巖作用和自生碳酸鹽巖解釋。生物降解和熱成熟過程可能會改變有機碳同位素的組成,通常小于2‰.在九龍灣-季家坡剖面對于貧有機質的碳酸鹽巖的燈影組和家河組下部,樣品中由海洋自生光合作用微生物產生的有機碳含量較低,少量陸源碎屑或再循環(huán)有機碳的加入可能會改變全巖有機碳的同位素值,加上自生光合作用產生的有機碳在成巖過程中比來自碎屑和再循環(huán)的有機碳更容易被分解,從而使后者對全巖13Corg的影響效應被放大，通常會造成δ13Corg和δ13Ccarb的強烈解耦以及δ13Corg變化幅度的減弱.

由次級生產力(如化能自養(yǎng)微生物和甲烷氧化菌)產生的有機質通常比光合作用產生的有機質具有更低的13Corg值.如果這些有機質及時埋藏,則會導致巖石記錄具有很低的13Corg值.我們認為陡山沱組中下部和早寒武世地層中較低的13Corg和較高的?13Ccarb-org值,可能部分源于化能自養(yǎng)或甲烷氧化微生物對總有機質貢獻的結果,因此,三峽地區(qū)這種受巖相控制的13Corg變化可能與分層海洋環(huán)境中由于氧化還原界面波動導致的區(qū)域性環(huán)境變化相關.

龍鼻嘴剖面和巖屋潭剖面極負的13Corg值需要13C更為虧損的碳源,在龍鼻嘴剖面的13Corg值同樣也存在顯著的在縱向上存在較大的變化,變化幅度超過6‰,這個特征也很難用DOC庫的強烈緩沖作用來.很可能反映了次級生產力產生的有機質對總有機質貢獻的差異，或海洋表層生產力有較大的波動。結論DOC庫的緩沖作用會形成相對均一的δ13Corg記錄，比如在三峽地區(qū)的陡山沱組中下部.

埃迪卡拉紀13Corg值縱向上和橫向上的巨大變化很難用巨大DOC庫的緩沖作用來解釋,因