研究亮点

王新强:氮(N)同位素证据对埃迪卡拉纪早期海洋环境约束【GCA,2018】
发布:科技处 2019-02-28 阅读:

氮(N)是所有生物生活所必须的主要营养元素之一。由于真核生物不能进行固氮作用,前寒武纪海洋中的生物可利用N库的大小对真核生物演化具有显著影响。长期以来,一些学者认为元古宙中期长达10亿年的时间(ca. 1.8-0.8 Ga)真核生物演化迟滞的原因可能与海洋中的生物可利用N库贫乏有关,这一推论也得到了最近N同位素(δ15N)研究的支持。相反,新元古代晚期埃迪卡拉纪是真核生物快速多样化的时期,理论上海洋的N循环与中元古代相比肯定发生了明显变化,但相应的证据比较缺乏。同时,埃迪卡拉纪也是海洋化学条件发生重大波动的关键时期,N的生物地球化学循环与海洋氧化还原环境密切相关,海洋N循环如何响应这种变化目前仍不清楚。

对上述科学问题,我校地球科学与资源学院王新强副教授,史晓颖教授与内华达州立大学拉斯维加斯学校、路易斯安那州立大学开展合作,对华南地区埃迪卡拉纪早期陡山沱组下部开展了系统的δ15N研究工作(图1),取得以下创新性认识:

1、华南埃迪卡拉纪早期陡山沱组下部从浅水台地相到深水盆地相均为正的δ15N值(图1),平均值为+5 ± 1‰, 这种盆地范围的δ15N分布特点与现代开阔海洋的分布类似,而与缺氧盆地的分布明显不同;

2、陡山沱组下部的较高的δ15N值表明当时海洋中存在一个稳定的硝酸盐库(NO3-),是海洋中生物可利用的主要N源,发生于局限缺氧环境的不完全反硝化作用将轻N14N)释放到大气中,造成剩余的NO3-富集15N。随后这些NO3-被生物完全利用,进而重的同位素信号被保存在沉积物中。

3、现代和古代缺氧盆地中很难维持一个稳定的NO3-库,华南陡山沱组下部δ15N的分布特点指示海洋环境可能已经普遍氧化(图2),缺氧环境仅局限在最小氧化带或底层水。

该研究利用δ15N揭示了埃迪卡拉纪早期海洋环境的N循环过程以及海洋表层和中层水体的性质,为更加全面解剖海洋氧化还原结构提供了关键证据,有助于进一步揭示这一关键时期生物与环境协同演化的本质。

 

1 华南埃迪卡拉纪陡山沱组下部δ15Nδ13Corg变化

 

2 华南埃迪卡拉纪早期海洋N循环过程与氧化还原背景

 

上述研究成果发表在地球化学国际一流期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:Wang, X., Jiang, G., Shi, X., Peng, Y. and Morales, D.C., 2018. Nitrogen isotope constraints on the early Ediacaran ocean redox structure. Geochimica et Cosmochimica Acta 240, 220-235. [IF2017=4.690]

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.08.034

附件20190228080624963531.pdf (2.1096478MB)