磷塊巖中磷灰石鈰異常與地球大氣氧演化

摘要：新元古代以來,地球大氣氧演化經歷了2個階段,但對2個演化階段的過程爭論較大。海相沉積磷塊巖中磷灰石稀土元素配分模式表明其可以反映海水稀土組成,其中氧化還原敏感元素鈰的異常受海水含量控制,因此可以利用不同地質時代磷塊巖中磷灰石鈰異常的變化推測大氣氧濃度演化。通過收集自陡山沱期到第四紀(570Ma-1Ma)總共9個地質年代13個不同地點220個磷塊巖樣品的已公布數據,以及貴州織金磷礦中磷灰石鉆孔的18個樣品稀土元素分析結果。為保證樣品反映原始海水的鈰異常特征,排除了因中稀土富集而影響鈰異常的樣品。結果表明,震旦紀陡山沱期到寒武紀樣品δCe平均值從0.74減小到0.36,奧陶紀又升高到0.87,表明寒武紀大氣氧濃度可能要高于前寒武紀及之后的奧陶紀;泥盆紀樣品δCe平均值為0.36,石炭紀與二疊紀樣品的δCe達最低值,分別為0.16和0.21,說明從泥盆紀開始的整個晚古生代全球大氣氧含量可能達到甚至超過現代水平;從三疊紀開始到第四紀,樣品δCe總體保持較低值,平均值為0.24~0.54,表明大氣氧含量基本保持現代水平。寒武紀與泥盆紀大氣氧含量升高與寒武紀生命大爆發和泥盆紀木本植物的出現吻合,也與海洋碳酸鹽巖鈰異常及生物地球化學模型研究結果一致。綜合分析認為,磷塊巖中磷灰石與碳酸鹽巖一樣可通過鈰異常指示大氣氧演化;地球大氣氧的演化既不是單向也不是簡單的兩階段過程,而是復雜的不斷波動的過程。