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ESR：沉积型黄铁矿—大气氧的代理：优势和局限性评估

地文周见  · 科学  · 6 天前

预测地球历史上大气中氧气的浓度和趋势已成为科学家面临的一大挑战。人们对总体模式已经达成了一些共识，但在细节上仍存在相当大的争议。基于此，来自澳大利亚塔斯马尼亚大学地球科学系的Ross Large及合作者们讨论了一种基于黑色页岩中沉积黄铁矿微量元素含量的相对较新的地球化学指标（图1）。尽管该代理显示出作为大气氧气随时间变化估算值的特殊前景，但它存在一些潜在的弱点，在普遍接受之前需要进一步严格的测试。

图1 低变质黑色页岩中的黄铁矿
该代理利用黄铁矿中Se和Co的浓度，这两种氧化还原敏感的微量元素在大陆和海洋中表现出相反的迁移行为，这取决于可用氧的浓度（图2）。黄铁矿代理相对于其他依赖氧化还原敏感元素及其同位素的地球化学替代物的优点是：（1）为一种矿物，黄铁矿，而不是块状岩页岩复合物；（2）在分析之前可对样品的结构和蚀变进行常规调查，以检查变质重结晶、表面氧化和热液的影响；（3）LA-ICPMS分析避免了粉碎、研磨和用强酸化学溶解岩石的耗时过程（图3），并允许分别分析黄铁矿和有机粘土沉积物基质（图4）；（4）可通过同一时期但不同地理位置的数据检查黄铁矿代理时间序列的发展。
图2 Co、Se含量变化，Se/Co及计算的氧含量随时间的变化

图3 晚期成岩黄铁矿包裹莓状黄铁矿，ICPMS微量元素分布图

图4 黄铁矿和基质中总有机碳和微量元素的比较

需要进一步关注的黄铁矿代理的局限性包括：（1）单个沉积型黄铁矿颗粒上的分析结果之间的差异；（2）沉积物孔隙流体对原始黄铁矿成分的影响；（3）缺乏对现代沉积型黄铁矿的研究。

尽管存在这些局限性，但从代理应用中获得的新见解包括：（1）2200 ~ 1800 Ma的持续氧合峰值可能会超过GOE（图5）；（2）从1800 Ma到1450 Ma，大气氧含量下降（图5）；（3）首次确认1400 Ma充氧事件（图5）；以及（4）与超大陆周期相匹配的大气氧的循环行为（图6）。

图5 基于黄铁矿中Se/Co的太古宙和元古代大气氧估算

图6 过去8亿年大气中的氧气估计值
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