针对这一问题,北京大学地球与空间科学学院沈冰课题组与国内多家单位合作,对我国华南地区南沱组(Marinoan冰期沉积)顶部的黄铁矿结核进行了系统Ni同位素和稀土元素地球化学研究。结果显示,黄铁矿的Ni同位素与Ni含量、中稀土同重稀土比值与Ni含量之间存在负相关关系。考虑到甲烷菌活动优先吸收轻Ni同位素和重稀土组分,该研究结果表明黄铁矿的Ni同位素和稀土组分记录了甲烷菌与海水的混合过程,指示了在全球冰封结束时深海及海底的存在大量甲烷的生产过程(图1)。

图1 雪球地球冰期结束时海洋生物地球化学循环过程
成冰纪雪球地球事件解体之后,真核生物迅速演化,开启了构建现代地球复杂生物圈的序幕,该研究为深入理解全球冰封的结束过程及之后海洋生态演化奠定了基础。另外,该研究原创了Ni同位素和稀土组分体系示踪甲烷菌活动的新手段,为今后了解古代海洋甲烷菌活动和海洋生物地球化学循环提供了一个新的思路和新的工具。
沈冰课题组长期从事新元古代全球冰期事件研究,该研究成果是继课题组在《美国科学院院报》(PNAS,Huang et al.,2016)、《自然?通讯》(Nature Communications,Lang et al., 2019)等论文后,又一篇关于全球冰封结束过程的研究文章。该系列工作为深入理解成冰纪全球冰封事件后地球气候、环境、生物演化过程具有重要的科学意义。
该成果于2021年2月11日发表于《自然?通讯》(Nature Communications)杂志上。沈冰研究员与中国地质大学(北京)的朱建明教授、成都理工大学的郎咸国教授为本文的共同通讯作者,地空学院本科生赵洲峤(现为北京大学物理学院在读博士生)为本文第一作者。中国地质大学(北京)博士生吴广亮、中国科学院地球化学研究所博士生谭德灿、中国地质科学院博士生裴浩翔、地空学院博士生黄天正、甯濛、马浩然为本文共同作者。该成果获中国科学院战略性先导科技专项(B类)和国家自然科学基金共同资助。