付挺

摘要：新元古代晚期發(fā)生了地質歷史上全球范圍內最大的無機碳同位素（δ13Ccarb）負漂移事件，也被定義為“Shuram曲線（SE）事件”。傳統(tǒng)觀點認為SE事件反映了這一時期海洋碳循環(huán)的異常波動，極有可能源于海洋中超大型溶解有機碳庫的氧化。然而，此種機制難以解釋SE事件中部分現象如全球有機碳同位素（δ13Corg）較大的差異性。近幾年來，不斷有學者質疑上述觀點，并認為SE事件遭受了成巖作用而不能反映原始的海洋碳循環(huán)過程。這一機制得到該時期碳酸鹽巖氧同位素（δ18Ocarb）與δ13Ccarb間線性關系的支持，但難以解釋SE事件中部分特征如SE事件的全球性。因此，目前關于SE事件的兩種機制均具有一定的合理性但也存在一定程度的缺陷。

關鍵詞：SE事件；超大型溶解有機碳庫；成巖作用；新元古代

引言

過去幾十年內，碳同位素地層學已作為全球地層對比的重要手段之一。前寒武紀，特別是新元古代化石的極度貧乏，導致生物地層學的缺失，進而導致這一時期碳同位素地層學被廣泛的用于區(qū)域甚至全球地層劃分和對比（Halverson et al.， 2005）。此外，碳與生命的新陳代謝密切相關。自養(yǎng)生物的代謝作用將無機碳轉變?yōu)橛袡C碳，而異養(yǎng)生物的代謝作用又將有機碳轉變?yōu)闊o機碳。需要指出的是，光合自養(yǎng)生物易繁盛于氧化的沉積環(huán)境，而化能自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物則易繁盛于缺氧的沉積環(huán)境。因此，碳同位素也被用來示蹤地質歷史時期海洋化學的演化過程。

在新元古代化學地層學不斷深入研究的過程中，一個非同尋常的碳同位素曲線首次報道于阿曼地區(qū)埃迪卡拉紀Shuram組（Burns and Matter， 1993）。這一碳同位素曲線已被命名為“Shuram曲線（SE）事件”。在等級次序上，1000 Myr（百萬年）內碳同位素曲線及其量級的記錄顯示最負的碳同位素發(fā)現于新元古代地層（圖1）。

目前為止，兩種機制被用來解釋SE事件：（1）SE事件記錄的是原始的碳同位素信號，可能源于埃迪卡拉紀超大型溶解有機碳庫的氧化（Rothman et al.， 2003； Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）；（2） SE事件記錄的是遭受成巖作用的碳同位素信號（Derry， 2010）。在前人研究的基礎上，本文將著重評述和分析SE事件的兩種機制。

1. Shuram曲線（SE）事件

SE事件主要表現為以下6個特征：（1）極大的波動幅度，從+6‰到-12‰；（2）δ13Ccarb在地層上發(fā)育不對稱，從+6‰迅速下降到-12‰，然后其緩慢恢復；（3）δ13Ccarb值在連續(xù)地層中波動較小，且非常穩(wěn)定；（4）介于Marinoan冰期與埃迪卡拉型宏體化石之間；（5）很長的持續(xù)時間，記錄了SE事件的數百米厚淺海沉積地層的年代地層學證據表明其持續(xù)時間至少超過5 Myr；（6）δ13Ccarb與有機碳同位素（δ13Corg）間的非耦合關系；（7）全球眾多剖面上δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關性。

埃迪卡拉紀SE事件是上述碳同位素負漂移記錄中量級最大的，最低可達-12‰，且其表現為在幾百米厚的地層中同位素值普遍小于-6‰記錄可能持續(xù)時間長達5 Myr（Burns and Matter， 1993），盡管在全球范圍內有相當數量的剖面記錄可能與SE事件相關聯，但就碳同位素波動幅度和時間延續(xù)長度而言，至少存在四個地區(qū)可與Shuram組的碳同位素負漂移相比較（圖2），包括阿曼地區(qū)（Fike et al.， 2006）、美國北部（Kaufman et al.， 2007）、中國華南（McFadden et al.， 2008）和澳大利亞南部（Calver et al， 2000）。

數據來自：阿曼地區(qū)Shuram組（Fike et al.， 2006）；澳大利亞南部Wonoka組（Calver， 2006）；中國華南Doushantuo組（McFadden et al.， 2008）；美國加利福尼亞Johnnie組（Verdel et al.， 2011）。

2. 原始信號

基于SE事件中δ13Ccarb與δ13Corg間的非耦合關系，Rothman et al.（2003）提出了一個新的有別于現代海洋的碳循環(huán)模式來解釋新元古代時期碳循環(huán)過程。其認為新元古代晚期存在一個超大型溶解有機碳庫，遠遠超過無機碳庫的規(guī)模，且該溶解有機碳庫的居留時間很長。此種背景下，輕餾分的溶解有機碳被氧化形成CO2將導致同時期無機碳組分（DIC）富集輕餾分，進而導致沉積物中記錄偏輕的碳同位素。此外，由于超大型溶解有機碳庫對海洋有機碳的緩沖作用，δ13Corg變化不大。這一機制隨后被廣泛的應用于新元古代晚期碳循環(huán)的解釋（例如：Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）。

然而，近來，新元古代超大型溶解有機碳庫理論不斷的接受挑戰(zhàn)。例如，海洋中超大型溶解碳庫的存在必將導致全球地區(qū)δ13Corg的穩(wěn)定性和均一性，但這一時期全球地區(qū)δ13Corg波動范圍較大，存在明顯的差異性（Calver et al.， 2000； Fike et al.， 2006； McFadden et al.， 2008）。

3. 成巖作用

基于阿曼、澳大利亞南部和中國華南地區(qū)δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關性（Fike et al.， 2006； Calver， 2000； McFadden et al.， 2008），SE事件被認為是受到成巖作用的影響（Derry， 2010）。然而，上述δ13Ccarb與δ18Ocarb間具有良好的相關性可由其他因素所導致包括溫度控制的微生物呼吸過程（Stanley， 2010）和水體高溫導致的較高溫度的孔隙流體（Macdonald et al.， 2009）。此外，后期成巖作用引起的δ13Ccarb應該是局部的現象，而非全球特征。因此，δ13Ccarb與δ18Ocarb間耦合性可能不是由后期成巖作用導致的，而取決于溫度和/或海水或孔隙水體組分的變化。endprint

4. 結論

兩種重要機制被用來解釋新元古代晚期SE事件。觀點1：SE事件反映了這一時期海洋碳循環(huán)的異常波動，極有可能源于海洋中超大型溶解有機碳庫的氧化。然而，此種機制難以解釋SE事件中部分現象如全球有機碳同位素（δ13Corg）較大的差異性。觀點2：SE事件不能反映原始的海洋碳循環(huán)過程，其遭受了成巖作用。這一機制得到該時期碳酸鹽巖氧同位素（δ18Ocarb）與δ13Ccarb間線性關系的支持，但難以解釋SE事件中部分特征如SE事件的全球性。因此，目前關于SE事件的兩種機制均具有一定的合理性但也存在一定程度的缺陷。

參考文獻

[1]Burns S J and Matter A. Carbon isotopic record of the latest Proterozoic from Oman. Eclogae Geol Helv， 1993， 86： 595-607

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[3]Derry L A. A burial diagenesis origin for the Ediaacaran Shuram-Wonoka carbon isotope anomaly. Earth Planet Sci Lett， 2010， 294： 152–162

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