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毕冉,Nov. 9, 2025
该报告行星宜居性演化为核心、早期地球宜居性演化为切入点，系统介绍了元古宙中期缺氧海洋（类）营养元素循环课题中细分的元古宙中期海洋磷循环、元古宙中期钡循环演化和四海龙湾铁化水体钡循环三个研究方向，最终目标为重建元古宙中期无氧海洋中磷与钡的循环过程并探究其控制因素。
元古宙中期海洋磷循环：磷是生命活动不可或缺的元素之一。海洋生态系统中的磷主要包括简单地被动掩埋的碎屑磷灰石，以及在早期成岩环境中受到生物地球化学过程影响的相，即生物有效磷，这些过程影响它们在沉积物中保存的程度以及它们最终被埋藏并成为沉积记录的形式（图1）。通过磷化学连续提取法（SEDEX）结合ICP-OES可对不同磷组分进行系统分析，进而以澳大利亚Velkerri组和神农架群两个次氧化到缺氧的过程的样本，探讨古地理对磷循环过程的影响。
图1 磷在水体的循环行为，Guilbaud et al. (2020)
元古宙中期钡循环演化：Ba是海洋中重要的生物相关元素，可用于反演古海洋生产力，其主要赋存矿物为重晶石和毒重石。研究以华北克拉通燕辽盆地高于庄三段碳酸盐岩为对象，剖面碳同位素负漂和弱的Ce负异常表明为低氧环境，但Ba同位素无明显分馏。通过热液流体的各种演化模型模拟，证实了硫酸盐含量低则重晶石的沉淀受到限制，较大的Ba储层导致Ba同位素分馏作用减弱，因此在低硫酸盐海洋中Ba同位素对示踪初级生产力不敏感（图2）。
图2 Ba同位素在长时间尺度上的变化特征，Li et al. (2025)
四海龙湾铁化水体钡循环：无氧铁化湖泊悬浮物为古代环境提供了高分辨率、保存完整的研究对象。前人研究表明在缺氧铁化水体铁循环中，Fe同位素分馏的信号被存档在悬浮颗粒物中然后被转移沉积物中，而非通过亚铁直接沉积在沉积物中（图3）。而对四海龙湾无氧铁化水体的水样、悬浮颗粒物以及表层沉积物，可类比探讨铁化环境中钡同位素的分馏机制，进而以现代海洋或水体研究理论对古老水体进行研究。
图3 缺氧铁化水体铁循环特征，Yang et al. (2022)
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