南海海洋所?|?研究揭示海水與巖石反應(yīng)對顯生宙大氣氧含量的重要調(diào)控作用

近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)實(shí)驗室張運(yùn)迎研究員團(tuán)隊在大氣氧含量調(diào)控機(jī)制研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊提出，顯生宙海水與巖石反應(yīng)（水–巖反應(yīng)）成因黃鐵礦埋藏對大氣氧含量具有重要調(diào)控作用，這一發(fā)現(xiàn)為理解地球宜居性提供了新的科學(xué)依據(jù)。該研究成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊Chemical Geology《化學(xué)地質(zhì)》。助理研究員苗秀全為第一作者，研究員張運(yùn)迎為通訊作者，研究員孫珍、博士孫李恒和研究員黃瑞芳為共同作者。

大氣氧含量是影響地球宜居性的關(guān)鍵因素之一。黃鐵礦埋藏過程能夠產(chǎn)生氧氣，是大氣氧的凈源。然而，既往研究僅計算了大洋沉積物中的黃鐵礦埋藏通量，而忽略了埋藏于洋殼巖石中的水–巖成因黃鐵礦，導(dǎo)致黃鐵礦埋藏對顯生宙大氣氧含量調(diào)控作用強(qiáng)弱存在爭議。

針對這一問題，研究團(tuán)隊以南海北部洋陸過渡帶IODP U1502B鉆孔蝕變玄武巖中的黃鐵礦為研究對象，系統(tǒng)開展原位主、微量元素以及硫（S）同位素地球化學(xué)研究。研究發(fā)現(xiàn)，這些黃鐵礦富集流體活動性與溫度敏感元素（如Pb、MO和Co等），其δ³⁴S值介于1.93–5.96 ‰之間，證實(shí)其為高溫?zé)峄瘜W(xué)硫酸鹽還原成因，其中約22%的硫源于海水，其余硫來自洋殼巖石。

本研究創(chuàng)新性采用新推導(dǎo)的S同位素質(zhì)量平衡公式，首次計算了顯生宙水–巖反應(yīng)成因黃鐵礦埋藏通量（F_SRI-py = 7.23–14.9 × 10¹¹摩爾/年），與沉積成因黃鐵礦埋藏通量（F_SED-py = 6.77–14.2 × 10¹¹摩爾/年）相當(dāng)。而且，顯生宙黃鐵礦埋藏的百萬年產(chǎn)氧量為3.1–8.8×10¹⁸摩爾，相當(dāng)于現(xiàn)今大氣氧含量的8.3–23.7%。表明顯生宙黃鐵礦埋藏對大氣氧含量變化起主導(dǎo)調(diào)控作用。該研究不僅確立了水–巖反應(yīng)對大氣氧的重要影響，更為理解地球氧氣演變和宜居環(huán)境形成提供了全新視角。

圖1（a）南海構(gòu)造綱要圖；（b）U1502B鉆孔巖性柱狀圖；（c–e）黃鐵礦鏡下照片

圖2（a）南海U1502B鉆孔黃鐵礦S同位素組成；（b）瑞利分餾過程模擬

圖3 顯生宙黃鐵礦埋藏通量

本研究由自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗室開放基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國科學(xué)院南海海洋研究所專項基金聯(lián)合資助。

論文信息：Miao. X.Q.,Zhang,Y.Y.*,Sun,Z.,Sun,L.H.,Huang,R.F.,2025. Burial of seawater–rock interaction-derived pyrites in altered oceanic crust: Implication for Phanerozoic oceanic sulfur cycle. Chemical Geology,680,122701.

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122701.