氧气对元古宙中期真核生物的早期演化至关重要，但目前对该时期大气—海洋系统的氧化还原条件的约束仍存在很大争议。代表性的观点主要有低氧（<0.1%–1% PAL；现代大气氧水平）、相对高氧（>0.1%–1%或4%–8% PAL）和动态波动三种。导致认识分歧的重要原因很可能在于当大气低氧时（如<2.5% PAL），浅海与大气的氧气交换难以达到平衡，浅海的氧化水平因初级生产力产氧的差异性，而具有显著的时空差异性。这一认识得到了理论模型的支持，但鲜有直接的地质实证。

针对上述科学问题，我校科学研究院、“深时生命与环境演化”求真研究群体博士研究生谢宝增在导师汤冬杰副教授指导下，与我校“金属同位素与壳幔物质循环”群体朱建明教授，“深时生命与环境演化”求真群体徐东滔博士生、史晓颖教授合作，并在中国科学院地质与地球物理研究所王相力、周锡强副研究员以及国家地质实验测试中心周利敏副研究员的帮助下，对北京延庆和天津蓟县剖面~1.57 Ga高于庄组开展了系统的Cr、S同位素研究工作，并取得了以下创新性认识：

（1）高于庄组中部自生铬同位素值（δ⁵³Cr）表现出一次正向波动，从-0.18‰增加至+0.66‰，再回落到-0.16‰，与此同时碳酸盐晶格硫同位素值（δ³⁴S_CAS）和氧化还原敏感元素（RSE）的富集度表现出相似的变化特征（图1、2），指示了一次短暂的大气增氧事件。该事件促进了陆地有氧风化，导致输入到海洋中的硫酸盐和氧化还原敏感元素增加。

（2）碳酸盐岩I/(Ca+Mg)正向波动的持续时间明显长于δ⁵³Cr的正异常，仅在其峰值阶段与δ⁵³Cr的正异常对应（图1）。这种浅海氧化还原指标（I/(Ca+Mg)）与大气氧化还原指标（δ⁵³Cr）的差异性，表明此次脉冲式增氧过程始于浅海后扩展至大气，在大气低氧条件下浅海与大气氧化水平可长期保持不平衡的状态。

（3）本研究为元古宙中期大气低氧背景下浅海与大气氧化水平存在显著差异的认识提供了地质实证，指出对该时期地球表层氧化还原条件的研究应明确区分大气和浅海指标，从而有助于解决目前关于大气—海洋氧化还原条件的争议。

图1 延庆和蓟县剖面高于庄组地球化学数据特征

图2 地质历史时期大气氧浓度的演变过程（A）、浅海氧化还原指标I/(Ca+Mg)变化趋势（B）和大气氧化还原指标δ⁵³Cr的长期变化序列（C）

上述成果发表在国际权威期刊《GSA Bulletin》上：Baozeng Xie, Jian-ming Zhu, Xiangli Wang, Dongtao Xu, Limin Zhou, Xiqiang Zhou, Xiaoying Shi, Dongjie Tang*, 2022. Mesoproterozoic oxygenation event: From shallow marine to atmosphere. GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B36407.1 [IF2021 = 5.41]

全文链接：https://doi.org/10.1130/B36407.1