总访问量：
杨莹,May 19, 2025
地球历史上大气氧气的积累，是生物演化和地球表层环境转变的根本驱动因素。下图综合了多种古环境指标，描绘了氧气在地质历史中的演化轨迹。
图1 氧气在地质历史中的演化轨迹(Uveges et al., 2023)
图 a 中，在~3.5Ga出现的叠层石暗示了光合作用在这一时期可能已经开始；在 2.7 Ga 间的沉积物中记录到短暂的氧化痕迹，表明尽管整体大气仍为还原状态，但已开始出现间歇性局部氧气；出现在 1.6Ga 的地层中的甾烷代表了复杂生命的早期化学痕迹，也间接指向氧气在当时的局部存在；动物体化石大约在 ~600 Ma 后显著增多，伴随着大气氧气浓度的进一步提升。
图 b中，在 ~2.5Ga 之前，广泛存在强烈的 Δ³³S 信号，表明当时大气基本无氧；在 ~2.45–2.3 Ga 之间，Δ³³S信号逐渐减少直至消失，这一转折点对应于大氧化事件；在 GOE 之后，尽管偶有小幅异常，但大多数样品的 Δ³³S 值都接近零，表明自由氧已持续存在。然而，关于古太古代氧气释放和成铁纪期间的氧气水平仍然存在一定争议。
古太古代：大陆稳定化与生命起源的关键窗口
研究聚焦南非卡普瓦尔克拉通（Kaapvaal Craton）的Barberton绿岩带，该区域锆石U-Pb年龄集中在36-32 Ga，表明古太古代已有稳定的大陆地壳。Barberton绿岩带（3550-3220 Ma）保存了火山-沉积序列，包括科马提岩、燧石和页岩。
前人对Barberton绿岩带的研究表明：高温地幔柱活动（熔融温度达1800°C）催生了大量科马提岩，而高硅质科马提岩的成分与现代俯冲带玻安岩的相似性，暗示了古太古代可能存在局部俯冲或弧后扩张活动，支持了早期板块构造的雏形。更引人注目的是，南非Apex燧石中发现的丝状微生物化石（Schopf, 1993）及伪簇状碳质层理（图2），为蓝绿藻的存在提供了直接证据。这些早期光合微生物可能通过释放氧气，为后续大氧化事件埋下伏笔。
图2 Barberton绿岩带中发现的层状丝状结构（Hickman-Lewis et al., 2018）
成铁纪：大氧化事件（GOE）与BIFs的黄金时代
约24-23亿年前，地球经历了一场颠覆性的环境革命——大氧化事件（GOE），在还原及高温室大气成分的条件下很难出现的冰期在地球上开始出现，表生矿物种类急剧增多。同时大气自由氧的升高使得环境温度发生了明显变化，促进了地球复杂生命体的形成和演化。通过研究南非Transvaal超群的沉积记录，揭示了GOE的多维度证据：
1) 碳-硫同位素：Δ³³S信号消失（2.45-2.3亿年前）标志大气氧气持续积累；
2) 冰川响应：南非三次低纬度冰川事件（如Makganyene冰期）与GOE耦合，支持“雪球地球”假说；
3) 铁矿爆发：全球条带状铁建造（BIFs）的黄金时代，如南非Hotazel组铁锰矿旋回层(图3)，反映海洋氧化还原波动与火山热液输入的协同作用。
图3 Hotazel组的旋回结构：条带状铁建造、赤铁矿泥岩层、锰矿层(Mhlanga et al.,2023)
南非Transvaal超群保存了全球最完整的古太古代至古元古代地层序列，其岩相组合、同位素年龄及生物标志物为重建古海洋生产力、氧化还原状态及碳-铁循环提供了独特的地质档案。此外，成铁纪BIFs不仅是地球早期铁资源的重要载体，其形成机制（如微生物介导的铁氧化）还关联着生物地球化学过程的起源与演化，对理解现代资源分布及极端气候（如“雪球地球”事件）的触发机制具有启示意义。
北京密云中元古野外
在燕辽盆地中，在太古宙-古元古代结晶基底上沉积了约9 km厚的中元古代演替层。该序列广泛分布于华北地台，目前我们已经有了宣化和宽城两边的样品，这次野外主要是在中部的密云剖面从常州沟组和串岭沟组的界限（图4）开始从老到新观察并采集了串岭沟组和团山子组的样品。
图4 华北克拉通中元古代地层序列(Wei et al., 2021)
常州沟顶部为灰白色中薄层石英砂岩，串岭沟一段：风化面为灰黄色新鲜面为深灰色的厚层块状白云岩，在采样2层见到风化面为灰黄色新鲜面为灰白-深灰色的厚层白云岩，含有大量的叠层石，具体情况见图5：
图5 北京密云中元古野外(Wei et al., 2021)
你必须登录之后才可以参与讨论。