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闫钊,Sept. 19, 2022
氧气对于动物的起源和演化过程有着重大影响，从古至今，地球上的水体氧化程度逐步加强（从元古代的厌氧水体变为类似现代的氧化水体），生命过程也逐渐复杂，因此研究海水环境的转换时间及当时海水的地球化学性质十分重要。
本文中作者定义的概念显生宙含铁建造，是显生宙的铁质生物化学沉积岩，一般认为含有超过15%质量分数的Fe质成分，和前寒武的铁建造相比缺少硅，但富Al和P。显生宙铁建造主要以鲕粒形式产出，包被的纹层主要是铁的氧化物、氢氧化物，如赤铁矿、针铁矿，还有硅酸盐如绿泥石族和海绿石等。
左图是作者给出的含铁建造的野外和镜下照片，可以看出不同沉积环境下这些铁质鲕粒的结构和矿物组分有很大差别。其中B的颗粒较小，C图中的鲕粒则尺寸更大。根据这些铁建造产出的结构、沉积构造和沉积相，这些含铁岩石的一般来说可以分为陆源沉积和离岸陆架沉积两种。
早古生代含铁建造主要都是陆架沉积，如右图B和C所示，近年来多位研究者提出一种新的模型解释，Fe来自洋中脊热液喷口，通过厌氧的深海底流经上涌在最低含氧带附近沉积，甚至可以通过陆架对流在较近岸海域沉积。这种模型和上涌形成磷块岩类似。如果这种模型是可靠的，那么这些含铁建造就可以作为海洋氧化水平的指标，从而为古生代海水氧化还原变化及当时金属矿产沉积提供新见解。
在这项研究中，作者选取了五个不同时代、古纬度和构造背景的奥陶纪和志留纪含铁建造，应用其原位Sr同位素和稀土元素数据作为热液输入的地球化学示踪剂，以测试热液上涌沉积模型。数据结果支持大陆架铁岩沉积与洋中脊热液输入之间存在直接联系。这些发现为海洋分层、环流和化学变化提供了新约束，对重建早古生代海洋氧化和其时空不均一性具有广泛的意义。
一般来说，极高的正铕异常表明热液来源。如图A展示了五个剖面铕异常数据，其中蓝色条表示无铕异常（0.5-1.5之间）。图B是现代海洋水体储库和一些古代化学沉积物的铕异常数据，热液正铕异常会因为水体稀释和沉积物吸附导致海水不呈现明显Eu异常信号。C是不同剖面采样束斑直径大于150微米的数据，D则按不同鲕粒进行细分。E和F是Clinton和Ogwen group最大Eu异常和中度铕异常数据点的稀土配分模式。G和H则是Clinton group按不同矿物相的铕异常对Fe及Si含量作图。
此外，作者还进行了原位的高精度测试，从内核到外壳，87Sr/86Sr值不断升高，表明受到海水蚀变或者热液流体影响。显生宙铁建造正铕异常和热液锶同位素信号的首次报道，这些数据综合起来提供了有力的地球化学证据，证明至少在一些古生代铁建造中的铁来自富含铁的热液。
考虑到研究区的铁建造呈板状延伸数十公里，且没有热液从其下伏地层流过的证据，因此含矿热液非局部点源的热液喷口，而是富铁的洋中脊热液区，这些大量的铁随着洋中脊热液向陆架运移，再伴随上升流来到氧化还原界面并沉积，即使中间经历周围海水的稀释，但最终形成了分布在陆架边缘甚至近岸的显生宙铁建造。
铁建造可能代表了古生代氧化还原分层和含氧量变化的众多产物中的一个，且在整个早期古生代，全球缺氧事件和生物演化波动被广泛识别，深海缺氧应被视为此类事件的潜在驱动力、贡献者或产物。显然，还需要进一步的工作来研究还原性铁质底水上涌和铁建造沉积与气候、海洋和生物地球系统变化之间的联系。
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