日前，美国科学院院报（PNAS）刊发了中国科学院海洋大科学研究中心孙卫东课题组关于地质历史时期全球性氧化事件的发生及其对岩浆岩成分影响的最新成果。

　　在地球形成的早期，大气圈中几乎没有氧气。大气氧是在地质历史时期经历了两次大规模的升高后逐渐演化为今天的含量的。从上世纪以来，科学家们便对地质历史时期全球性氧化事件的发生时间开展了一系列研究。然而，几乎所有此类研究均是针对于沉积岩的地球化学特征而开展的，这是因为沉积岩的元素含量、同位素组成等可以直接受到大气-海水中氧含量的影响而发生变化，相比之下，源于深部的岩浆岩则需要更为复杂的地质过程才能发生成分的改变。

　　来自中国科学院海洋研究所深海中心的孙卫东研究员指导其博士后刘鹤，联合澳大利亚科学家，以全新的手段和视角对全球性氧化事件的发生时间进行了限定。钍元素Th和铀元素U原本为地球化学性质十分相近的两种元素，因此不同岩性的岩浆岩中的平均Th/U基本上保持一致。在当今地球上，弧岩浆岩具有低Th/U，原因是在大气和海水中氧气的氧化作用下，地表河流和海水中的U元素主要以溶于水的U⁶⁺的形式存在，但Th元素仍以不溶于水的Th⁴⁺形式存在，致使现代海水中的U元素含量远高于Th元素含量，从而造成俯冲物质具有十分低的Th/U，进而将其低Th/U的特征带入到俯冲带上方形成的弧岩浆岩中。

在地球早期大气和海水中均没有氧气的情况下，蚀变洋壳和沉积物不会具有低Th/U的特征，当时的板块俯冲作用所形成的弧岩浆岩的Th/U也不会降低。基于这一设想，刘鹤等人从全球岩浆岩数据库中筛选了30亿年前至今形成的所有中酸性弧岩浆岩的地球化学数据，以统计学方法计算出全球弧岩浆岩的Th/U随时间的变化规律。结果发现，弧岩浆岩的平均Th/U在地质历史时期的两次大幅度降低刚好记录了~24亿年前和~7.5亿年前两次全球性氧化事件的发生（图1）。该文所采用的弧岩浆岩的Th/U比值可以同时指示两次氧化事件的发生，为确定两次氧化事件的形成时间提供了更加令人信服的证据。

　　本研究得到中国科学院战略性先导专项B（XDB18020102）和国家重点研发专项（2016YFC0600408）的支持。

　　图1 氧化还原敏感性元素在地质历史时期的变化特征

　　论文链接：

　　Liu H., Zartman R. E., Ireland T. R., Sun W.-D. 2019. Global atmospheric oxygen variations recorded by Th/U systematics of igneous rocks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

　　https://www.pnas.org/content/early/2019/08/27/1902833116