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1.
《古地理学报》2016,(3)
在塑造我们的星球环境的过程之中,分子氧起着关键的作用。大气圈和海洋中氧气的出现及其浓度随着时间的变化,与地球上的主要变化存在强烈关联,诸如构造重组、气候波动和生物进化。针对地球大气圈氧气含量的上升,多年研究的结果肯定了2个基本事实:(1)地球最早期的大气圈是缺乏氧气的;(2)今天的大气圈则为21%的氧气所组成。由于地质历史时期大气圈氧气水平的大多数地质标志,只是意味着存在与缺乏,这就为确定大气圈氧气含量上升的时间进程带来很多困难。即使如此,一系列地质证据已经表明,一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.5—2.0 Ga,这个转变被定义为巨型氧化作用事件(GOE)。近年来的深入研究发现,几个主要证据表明,在前寒武纪—寒武纪过渡时期的大约850—540 Ma,发生了"第二次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ)",还被进一步定义为新元古代巨型氧化作用事件(NOE)。再者,大气圈氧气水平在显生宙还存在着一个特别的上升,这次变化在石炭纪晚期接近一个峰值为150%PAL(现代大气圈氧气含量水平),所以,也可以定义为一次巨型氧化作用事件,即显生宙的巨型氧化作用事件(POE)。因为蓝细菌光合作用造成的氧气生产,曾经导致了大气圈与海洋的氧化作用,反过来为需氧呼吸作用和大型而且复杂的、最终富有智慧的生物进化,提供了基本条件;因此,大气圈氧气上升,是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果,从而成为了解漫长的地质历史时期古地理背景演变的重要线索。从古元古代的GOE,经过新元古代的NOE,到显生宙的POE,这些巨型氧化作用事件的内在特征、作用结果与基本属性,尽管存在着较大的差异,但是,从这些概念的出现到对它们的形成机理的探索性研究,涌现出了许多新概念和新认识;追索这些新概念和新认识,将为了解地球大气圈氧气上升的复杂历史所代表的一个特别的地球上生物学过程,提供一些有益的重要线索和思考途径。 相似文献
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两种气体,氮气和氧气,以压倒优势的状态主导着地球的大气圈。氮气是原生的,而且其存在和丰度不是生物过程所驱动的;相反,氧气是生物通过水的氧化作用而连续产生的,这个氧化作用得到了太阳光的能量驱动。氧气,一种对动物生命进化最为关键的气体,是如何变成大气圈中丰度第2的气体?问题并非以前所设想的那么简单;为了了解大气圈氧化的时间进程,我们不但要知道氧气是什么时候而且是如何第1次出现的,而且还要知道氧气是如何在大气圈中保持一个高浓度的。可以肯定的2个事实是:地球最早期的大气圈是缺乏氧气的,而今天的大气圈则为21%的氧气所组成。需要特别强调的是,大多数古代大气圈氧气水平的地质标志,只是意味着存在与缺乏,而且发生在以下2个时间点的大多数事件是高度不肯定的;但是,一系列地质证据已经表明,大气圈氧气含量水平上升的时间进程发生在2个时间点上:(1)一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.0~2.5,Ga期间,这个转变就是著名的巨型氧化作用事件(GOE);(2)发生在前寒武纪-寒武纪过渡时期的大约540~850,Ma的第2次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ),被进一步命名为新元古代氧化作用事件(NOE)。GOE与NOE,就得出了地球大气圈氧气含量水平上升三段式的盛行图像。随着研究的深入,得到了以下重要认识:如果说大气圈氧气含量的总体增加,从太古宙微不足道的水平增加到今天21%,是由于氧气生产作用增强的结果而代表了一个复杂的地球生物学过程的话,那么,这个过程则发生在随着侵蚀作用与沉积作用相对于火山活动而变得更加重要的状况下,更进一步讲,叠加在这个总体趋势下的则是一系列的阶梯式的氧气含量水平上升,这与超大陆聚合作用之后异常高的沉积作用周期是相联系的,从而进一步说明了大气圈氧气含量水平上升是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果。大气圈氧气含量水平一系列的阶梯式的上升,被总结为7个事件而与超大陆汇聚事件得到了良好的对比,从而提供了一个更加清晰的图像;也就是说,在超大陆汇聚作用之后,得到增强的沉积作用促进了大部分有机碳和黄铁矿的埋藏,因而阻碍了它们与自由氧的反应,结果就是大气圈氧气含量水平的实质性上升。新颖的观点和重要的认识,为深入理解地球大气圈氧气含量水平上升这一个重要的地球生物学过程,提供了重要的思考途径和研究线索;追索这些研究进展,将有助于揭开地球大气圈演变历史的神秘面纱并寻找出更多的科学研究生长点。 相似文献
3.
4.
《现代地质》2017,(5)
以生氧光合作用为主造成的大气圈氧气上升,与生物进化存在着密切的成因联系。在大气圈氧气含量明显上升之前,微生物在地球大气圈演化中可能起着主要作用,形成了埃迪卡拉纪之前的微生物世界;甚至到今天,这些细菌以及其他的微体藻类,一直在向地球的大气圈提供氧气,而且在海洋中进行着艰苦的固氮作用。早期很少受到动物影响的生物圈,与现代动物所占据的生物圈(后生动物世界)明显不同,这个转变随着埃迪卡拉纪—寒武纪器官级别的动物辐射而发生,动物辐射造成了宏观生态和宏观进化表现的根本性变化。因此,地球大气圈的氧气上升,实际上是一个复杂的地球生物学过程;追索这个复杂的地球生物学过程所产生的环境变化及其与生物进化与革新之间的成因联系,对深入了解地球复杂的演变历史将提供一些重要线索和思考途径。 相似文献
5.
《地层学杂志》2016,(2)
前寒武系,虽然不是一个正式的地层单位,但是,却简单明了地代表了形成于寒武纪开始(显生宙起始时)之前的所有岩石,因而就囊括了可以追索到地球形成的所有时间阶段的物质记录。遵循现代地层学的概念体系,要建立一个更加精确的前寒武纪地质年代表将面临着很多挑战。与寒武纪以来的显生宙相对应,前寒武纪曾经被称为"隐生宙"。随着研究的深入,尤其是地质学家在前寒武纪地层中发现了许多生命活动的痕迹,被称为"隐生宙"的前寒武纪就进一步划分为冥古宙、太古宙和元古宙,这代表了前寒武纪地层学研究的第一次概念进步。现行的前寒武纪年代地层划分,主要基于不同克拉通上的可对比的地质事件,而且基于合适的计时性(大致为整数的)时间界限来划分前寒武系,这个划分方案已经服务地球科学界三十余年,尤其是基于大范围的构造活动与沉积特征尝试性地建立了元古宙的纪(埃迪卡拉纪除外),代表了前寒武纪年代地层划分的第二次概念进步。随着对地球前寒武纪演变历史的深入研究而识别出许多不同时代的重要事件,以及更为重要的是从岩石记录的背景变化中识别出造成这些事件的成因,这不但导致了对前寒武纪地球的更加深入的了解,而且为今天重新修订一个新的前寒武纪地质年代表提供了一个难得的机会,从而产生了前寒武纪年代地层划分的第三次概念进步。在新修订的前寒武纪地质年代表中,表现出以下重要的进展:1)运用现代地层学的理念,重新定义了冥古宙、太古宙和元古宙;2)明确了具有特殊地质学涵义的太古宙的底界;3)明确并修订了太古宙-元古宙界线;4)尝试性地进行太古宇的建系。一个修订了的太古宙,可以定义为前寒武纪历史进程中具有以下特征的时间段,即地表上保存的最古老岩石的首次出现(4030 Ma的Acasta片麻岩)、大致在2420 Ma广泛的冰川沉积、变冷的地球条件和大气圈氧气上升的首次出现,据此太古宙还可以进一步划分成三个代和六个纪。太古宙的这个修订和进一步划分,强调了一个基本的科学理念,即太古宙代表了地壳形成与生物圈确立的早期主要阶段,以高度还原性的大气圈为特征。因此,太古宇的建系,是前寒武纪地层学研究一个大胆的尝试,也是一个重要的进展。本文通过详述这一重要进展,为深入理解地球早期复杂的演变历史提供重要的思考途径和研究线索,同时也希望能够为激发研究热情而起到抛砖引玉的作用。 相似文献
6.
S.A.Awramik 《华北地质》1980,(1)
自1965年以来,相当数量的研究集中在前显生宙生命方面。到1979年,已经描述了约50多种保存完好的前寒武纪微体生物。这些微体生物中大多数是1973年以来发现的。科学家们对于前显生宙生命的证据已经不再有疑问了,而是进一步寻求能为地球早期历史中生命的特征与品质提供线索的证据,和决定地球演化进程的事件。从岩石记录中已取得了岩石圈、大气圈与生物圈演化的线索。 相似文献
7.
太古宙(4.03—2.42 Ga)是地壳形成与生物圈确立的主要阶段,以具有高度还原的大气圈为特征。但多年研究的结果表明,即使在缺氧的大气圈之下,分子氧也可能局部聚集在浅水环境中并形成"太古宙氧气绿洲(Archean oxygen oases)"。因此,对太古宙氧气绿洲的识别和研究,就成为深入理解大气圈氧气含量上升和生氧光合作用起源的重要线索,也成为近年来前寒武纪沉积学研究中的热点问题之一。尤其值得注意的是,对2.8 Ga太古宙海相灰岩、3.46 Ga的氧化海洋中形成的原生赤铁矿及3.43 Ga叠层石生物礁的探索与解释,已成为识别和研究太古宙氧气绿洲的成功实例。追踪这些开创性的研究,不仅有益于对前寒武纪地球表层环境复杂演变的深入了解和对早期地球的古地理重塑,而且对拓宽沉积学和古地理学的研究范畴具有重要意义。 相似文献
8.
华北前寒武纪成矿系统与重大地质事件的联系 总被引：13，自引：7，他引：6
前寒武纪是指显生宙最古老的地质时代——寒武纪之前的地质时代,它占了地球演化历史的近90％.地球陆壳的80％～90％以上是在前寒武纪形成的,记录了复杂和惊心动魄的地质构造过程,还赋存着丰富的矿产资源.前寒武纪最重要的地质事件有陆壳的巨量增生、前板块机制/板块机制的构造转折、由缺氧到富氧的地球环境的剧变.华北克拉通是全球最古老陆块之一,前寒武纪各阶段全球性重大地质事件几乎都被记录下来,并表现出一些特殊性.与全球其它克拉通相比,华北陆壳生长-稳定化过程具有多阶段特征,太古宙末-古元古代环境剧变记录复杂多样,古元古代与板块体制建立和超大陆演化相关的俯冲碰撞和伸展裂解等地质记录丰富,中-新元古代经历持续伸展并接受巨量裂谷沉积.这些重大地质事件都伴随大规模成矿作用,形成了华北克拉通丰富的矿产资源和独特的优势矿种. 相似文献
9.
目前的排气模式及其问题目前解释地球上海洋和大气圈的成因有一种为人们广泛接受的模式,即认为“早期地球没有大气圈和水圈,是地幔物质的排气产生了目前的大气圈和海洋。这个排气模式能令人满意地解释许多地质和地球化学问题。但是,元古宙或早显生宙时期与海洋和大气圈的地质历史有关的一些公认的事件却无法用排气模式解释。 相似文献
10.
早期贫氧地球如何演化至现今富氧地球是理解地球宜居性形成与演化的关键,但重建地质历史时期地球大气与海洋氧含量仍是地球科学领域的重大挑战.金属稳定同位素的高精度测试分析为示踪地球大气与海洋氧化历史提供了新的研究手段.以Mo、U、Tl、Cr四种氧化还原敏感金属稳定同位素体系为例,详细介绍了氧化还原敏感金属稳定同位素地球化学行为及分馏机理.在此基础上,系统回顾了金属稳定同位素在研究产氧光合作用的起源、大氧化事件（Great Oxidation Event,GOE）、中元古代大气和海洋氧化还原状态、新元古代氧化事件（NOE）等重大科学问题中的研究进展.金属稳定同位素在重建地球表层圈层氧化过程具有广阔的应用前景,对认识地球宜居性的演化历史以及探索其未来发展趋势具有深远意义. 相似文献
11.
The oxygen content of the Earth's surface environment is thought to have increased in two broad steps: the Great Oxygenation Event (GOE) around the Archean–Proterozoic boundary and the Neoproterozoic Oxygenation Event (NOE), during which oxygen possibly accumulated to the levels required to support animal life and ventilate the deep oceans. Although the concept of the GOE is widely accepted, the NOE is less well constrained and its timing and extent remain the subjects of debate. We review available evidence for the NOE against the background of major climatic perturbations, tectonic upheaval related to the break-up of the supercontinent Rodinia and reassembly into Gondwana, and, most importantly, major biological innovations exemplified by the Ediacarian Biota and the Cambrian ‘Explosion’.Geochemical lines of evidence for the NOE include perturbations to the biogeochemical cycling of carbon. Generally high δ13C values are possibly indicative of increased organic carbon burial and the release of oxidative power to the Earth's surface environment after c. 800 Ma. A demonstrably global and primary record of extremely negative δ13C values after about 580 Ma strongly suggests the oxidation of a large dissolved organic carbon pool (DOC), the culmination of which around c. 550 Ma coincided with an abrupt diversification of Ediacaran macrobiota. Increasing 87Sr/86Sr ratios toward the Neoproterozoic–Cambrian transition indicates enhanced continental weathering which may have fuelled higher organic production and burial during the later Neoproterozoic.Evidence for enhanced oxidative recycling is given by the increase in sulfur isotope fractionation between sulfide and sulfate, exceeding the range usually attained by sulfate reduction alone, reflecting an increasing importance of the oxidative part in the sulfur cycle. S/C ratios attained a maximum during the Precambrian–Cambrian transition, further indicating higher sulfate concentrations in the ocean and a transition from dominantly pyrite burial to sulfate burial after the Neoproterozoic. Strong evidence for the oxygenation of the deep marine environment has emerged through elemental approaches over the past few years which were able to show significant increases in redox-sensitive trace-metal (notably Mo) enrichment in marine sediments not only during the GOE but even more pronounced during the inferred NOE. In addition to past studies involving Mo enrichment, which has been extended and further substantiated in the current review, we present new compilations of V and U concentrations in black shales throughout Earth history that confirm such a rise and further support the NOE. With regard to ocean ventilation, we also review other sedimentary redox indicators, such as iron speciation, molybdenum isotopes and the more ambiguous REE patterns. Although the timing and extent of the NOE remain the subjects of debate and speculation, we consider the record of redox-sensitive trace-metals and C and S contents in black shales to indicate delayed ocean ventilation later in the Cambrian on a global scale with regard to rising oxygen levels in the atmosphere which likely rose during the Late Neoproterozoic. 相似文献
12.
近年的研究表明,地球生命可能起源于距今39~36亿年之间。除了碳元素以外,水、氮、氢、磷等元素也是生命起源的必备条件,黏土矿物和金属硫化物是有机质合成的重要催化剂,有热液活动的碱性热水环境是最有利生命发生的孵化场。自原核生物在约3.5 Ga出现之后,生命就一直表现为与环境的协同进化关系。大气圈氧化是地球史上最重大的地质事件之一,它不仅改变了地球表层环境条件、加速了表生地质过程和新矿物的产生,而且改变了海洋化学条件和元素循环。大气圈氧化事件的根本在于产氧蓝细菌的出现,元古宙中期海洋化学性质的整体转换也与微生物过程密切相关。新元古代多细胞生物的繁盛和末期后生动物的出现及其在寒武纪初期的快速多样化是生物圈演化的重大飞跃。这个过程也与海洋氧化增强及其导致的海洋化学变化密切相关,其中硫化水域消失和减弱以及海水中微营养元素可得性增加可能是重要因素,这也与微生物过程直接相关。 相似文献
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条带状铁建造:特征、成因及其对地球环境的制约 总被引：1，自引：1，他引：0
条带状铁建造(BIF)是由硅质和铁质组成的化学沉积岩,通常具有典型的薄层或薄板状构造。BIF不仅记录了丰富的岩石圈、大气圈、水圈和生物圈状态及演化的信息,而且与其相关的铁矿也是世界上最重要的铁矿资源类型。虽然对BIF的研究已取得了丰富的成果,近年来若干新颖的观点和重要的发现对进一步深入研究BIF成因提供了重要思考途径和研究线索。文章总结了BIF类型、矿物学和地球化学特征,分析了BIF形成条件及大规模缺失机理,阐述了BIF的形成和大气圈两次重大氧化事件(古元古代大氧化事件,2.4～2.1 Ga,新元古代氧化事件,0.8～0.55 Ga?)之间的关系,认为BIF与海底岩浆-热液活动具有密切的成因联系。最后,提出BIF的沉积和消亡与重大地质事件密切相关,这些重大地质事件也相互作用,共同制约着大气海洋环境演化、地球生物学和地球动力学过程。关于BIF精细成矿时代、条带/条纹形成的机制、重大地质事件对BIF形成的制约和BIF微生物成因等方面仍存在较多问题。随着大数据、精细成矿年代学、模拟实验、非传统稳定同位素(Fe、Cr、U、Mo和Cu同位素等)新技术方法的进步,及对现代洋底热液系统的深入认识,将有助于揭开BIF成因的神秘面纱。 相似文献
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地球大氧化事件是指约24亿年前的地球大气圈中开始出现氧并连续增加。到20世纪末对地球大氧化事件的形成和演化模型可概括为两类:22亿年前为缺氧大气圈,22～19亿年大气圈中O_2明显增加,而后逐渐增加到现代大气圈O_2含量水平的C-W-K-H模型;大气圈中O_2含量自40亿年来近于常数,在现代大气圈O_2含量水平的50%范围内变化的D-K-O模型。21世纪开始实施了太古宙生物圈钻探计划(ABDP),在太古宙—元古宙页岩、条带状铁矿建造中微生物、S、C同位素分馏、稀土元素及过渡族金属Ni、Fe、Mo等含量变化等方面取得了许多新成果,建立了大气圈游离氧产生机理及含量变化的不同模型,将大气圈中氧的出现时间至少提前到25亿年前。中国前寒武纪条带状铁矿建造BIF广泛发育,特别是特有的稀土铁建造及其稀土地球化学初步研究成果表明,稀土元素的含量、轻重稀土的分异及变价元素Eu的相对富集与亏损,均显示明显的对时间的依赖。文中提出,应对其开展系统地质地球化学研究,可为大气圈、水圈的演化,特别是对研究中国铁矿的形成和分布规律研究提供重要参考资料。 相似文献
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Modern concepts on variations of the redox conditions of Proterozoic ocean and atmosphere are reviewed. Generalized data indicate a non-linear evolution of the О2 content in atmosphere and ocean for almost 2 Ga of the geological history. Contrasting distribution of minimum and maximum values of diverse proxies of the ocean redox state was found for the Great Oxygenation Event, Early–Late Proterozoic transition stage, and the Late Precambrian–beginning of Cambrian. The last interval is marked by a wide scatter of Mo, V, and Used concentrations and values of Мо/TOC, δ98Mo, δ53Cr, and δ82Se in different geological objects. This time interval also coincided with one more large-scale oxygenation event, Neoproterozoic. Thus, according to the modern concepts, the О2 contents near the Earth’s surface and in ocean significantly varied during the entire Proterozoic. These concepts are consistent with the assumption by Frolov and many other researchers concerning the heterogeneous distribution of рН and Eh in ancient hydrosphere and the existence of diverse, sufficiently contrasting “gas” facies. They also agree with conclusions by Sochava that the periodical variations of О2 content in atmosphere and hydrosphere, especially at the Precambrian–Phanerozoic boundary, are related to the mass extinctions, emergence of adaptive response of animals (appearance of exoskeletons, food search strategy change, and others) and heavy taxonomic radiation of the latters. 相似文献
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自从地球诞生以来经历了许多重大事件：早期生命的出现、大气氧化事件（Atmospheric oxygenation）、雪球地球及多次生物绝灭与复苏事件。稳定同位素记录在古环境和生命演化研究中具有重要意义,在记录环境变化和生命演化的重大事件中发挥着重大作用：碳同位素的分馏记录了最早生命的开始,硫同位素的非质量相关分馏（Independent mass fractionation of sulphur isotopes）记录了大气中氧含量的重大变化,而在显生宙的几次重大生物灭绝事件中,均有碳同位素的负向漂移。 相似文献
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The carbon cycle is an important process that regulates Earth’s evolution. We compare two typical periods, in the Paleoproterozoic and Neoproterozoic, in which many geological events occurred. It remains an open question when modern plate tectonics started on Earth and how it has influenced the carbon cycle through time. In the Paleoproterozoic, intense weathering in a highly CO2 and CH4 rich atmosphere caused more nutritional elements to be carried into the ocean.Terrestri... 相似文献