地球与空间科学学院沈冰课题组在Nature Communications发表论文揭示元古代海底甲烷的释放

“臼齿构造（Molar Tooth Structure）”是指在距今约25-7.5亿年前的元古代地层中广泛发育一种特殊的碳酸盐岩沉积构造，其形似“臼齿”，并且由等粒微亮晶方解石充填。“臼齿”碳酸盐岩因其极为独特的形态特征、以及谜一样的方解石的填充机制引起了沉积学家的广泛兴趣，更为有趣的是，它消失的时间与地球的一系列强烈变更—大气的氧化、全球冰期和动物的出现等相对应，它们之间是否存在必然联系尚不得而知。近百年来，“臼齿构造”的成因机制和地质意义一直是众多地质学家关注的焦点问题。

“臼齿”碳酸盐岩野外照片

北京大学地球与空间科学学院、北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室沈冰、董琳课题组近期在“臼齿”碳酸盐岩问题的研究方面取得重要进展，相关研究成果于2016年1月7日发表于Nature Communication，论文题目为“Molar tooth carbonates and benthic methane fluxes in Proterozoic oceans”（DOI：10.1038/NCOMMS10317）。该研究通过对吉林省南部的早新元古代万隆组地层中的“臼齿”碳酸盐的镁、硫同位素进行测试分析，结果表明，“臼齿”碳酸盐岩形成于海底沉积物中的“硫还原–甲烷生成”重叠带上。在该重叠带缺氧条件下，甲烷气体源源不断大量产生并且释放到海洋里，随着压力的增大，致使尚未固结完全的沉积物产生裂隙，为微亮晶方解石提供了容纳空间；同时甲烷气体产生的一系列反应导致了沉积物中孔隙水的pH值升高，促进了方解石的析出。

                     铁化海洋模型                       硫化海洋模型

此项研究不仅解释了“臼齿”碳酸盐岩的形成机制，同时对元古代的海洋、大气环境以及全球冰期的产生具有重要的指示意义。研究表明，元古代海洋的广泛硫化使得当时海洋沉积物具有与显生宙完全不同的地球化学结构，即硫还原带与甲烷生成带完全重叠；两带重合使海底甲烷的大量释放成为可能，这意味着除去众所周知的温室气体CO₂，甲烷极有可能是元古代大气温室气体的另一个重要来源；距今约7.5亿年前的大气氧化则阻止了海底甲烷的进一步释放，从而直接诱发了随之而来的全球冰期，即“雪球地球”。

地球与空间科学学院研究员沈冰为本论文的通讯作者，副教授董琳为共同第一作者，博士后黄康俊和博士研究生郎咸国均参与了该项研究。该项研究得到了国家自然科学基金委以及“青年千人”计划等的资助。

编辑：江南