冷泉碳酸鹽巖是冷泉活動的主要產(chǎn)物，而冷泉不僅是尋找海底天然氣水合物的重要標(biāo)志，也是研究全球氣候變化的一個窗口。5月2日，美國《國家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了中美以學(xué)術(shù)團隊的一項成果，解開了地球最古老的冷泉碳酸鹽巖成因之謎。

這項成果由南京大學(xué)國際同位素效應(yīng)研究中心教授彭永波團隊聯(lián)合美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)、以色列魏茨曼科學(xué)研究所、上海海洋大學(xué)等團隊完成。

在甲烷缺氧氧化過程中，微生物活動形成了大量的碳酸氫根，使環(huán)境的堿度增加，其與海水及孔隙水中的鈣離子結(jié)合形成碳酸鹽礦物，再與沉積物膠結(jié)之后，形成冷泉碳酸鹽巖。

目前，最老的冷泉碳酸鹽巖是大約635萬年前三峽地區(qū)陡山沱組底部方解石。了解這些方解石的成因?qū)τ诳茖W(xué)界了解“雪球地球”全球大冰期之后海洋中的硫酸根濃度、大氣二氧化碳和氧氣的濃度以及海洋的物理空間狀態(tài)至關(guān)重要。但是，有科學(xué)家通過方解石的古溫度推算，認(rèn)為這些方解石是后期熱液成巖的產(chǎn)物。

彭永波團隊在厘定現(xiàn)代冷泉碳酸鹽巖特有的高維度同位素特征的基礎(chǔ)上，對標(biāo)測試了陡山沱組底部這些超低的無機碳同位素的方解石，發(fā)現(xiàn)方解石中黃鐵礦的硫同位素、無機碳同位素、有機碳同位素、碳酸鹽晶格硫酸根（CAS）的硫氧同位素，以及碳酸鹽巖晶格硫酸根的硫氧同位素?zé)o一例外地和現(xiàn)代冷泉碳酸鹽巖完全吻合。也就是說，陡山沱組底部這些超低的無機碳同位素的方解石，是當(dāng)時微生物硫酸鹽還原作用耦合的甲烷厭氧氧化過程的產(chǎn)物。

在此基礎(chǔ)之上，研究人員通過對比三峽地區(qū)7個剖面的地層化學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)這些方解石是在蓋帽白云巖溶蝕那一層之后才開始出現(xiàn)。研究人員推斷，這應(yīng)該是海洋硫酸根濃度突然增加的結(jié)果，并推測硫酸根濃度可能達(dá)到了現(xiàn)在海洋的水平。

彭永波表示，這個地質(zhì)時期，是地球地質(zhì)歷史上經(jīng)歷過的“最動蕩的年代”。地球剛從“雪球地球”全球冰期中掙脫出來，海洋和大氣的物理化學(xué)狀態(tài)，仍然處于劇烈的動蕩期。結(jié)合模型，研究人員把海洋硫酸根濃度突然增加發(fā)生時間限定在冰川開始融化后的5萬年的時間內(nèi)，這對認(rèn)識地球的各個圈層面對極端事件如何相互作用和響應(yīng)有重要幫助。