华北中元古代早期海洋增氧机制及其环境效应研究

The discoveries of the decimetre-scale multicellular eukaryotes and the oceanic oxygenation event from the Mesoproterozoic Gaoyuzhuang Formation in North China indicate that the period of the “Boring Billion” is vigorous rather than dull. Meanwhile, intense submarine hydrothermal activities and volcanisms developed during the continental fragmentation of the North China Craton. These geological processes might deliver large amounts of bio-limiting nutrients into the seawater for oxygenic photosynthesis cyanobacteria and algae and thus induced the oxygenation of the early Mesoproterozoic ocean. The resulting oxygenation event might restrict the evolution of multicellular eukaryotes by influencing the biogeochemical cycles of nutrient elements. In this project, we will conduct analyses of Zinc, Strontium and Iron isotopes and relevant nutrient elements contents on carbonate samples from Jixian and Kuancheng sections in accompanying with comprehensive analyses of tectonic setting, sedimentary environment, biological evolution characteristics and other geochemical indices. We aim to reveal the controlling mechanisms and the environmental effects of the early Mesoproterozoic oceanic oxygenation event, and try to explore the co-evolution relationship of the earth’s early life and environment.

华北板块中元古界高于庄组保存有最早大型多细胞真核生物化石并记录了中元古代早期海洋氧化事件，指示了“Boring Billion”时期并不是平淡无趣，而是充满生气。同期华北板块在裂解初期的伸展作用下发育强烈的海底热液活动和火山作用，可能大量供给产氧光合作用菌藻类必需的营养元素，进而诱发中元古代早期海洋氧化事件。而氧化事件可能通过影响营养元素的地球化学循环制约大型多细胞真核生物的演化。项目选择蓟县、宽城剖面中元古界高于庄组碳酸盐岩为研究对象进行Zn、Sr、Fe同位素和相关营养元素含量分析，结合构造背景、沉积环境、生物演化特征及其他地球化学指标，揭示中元古代早期海洋增氧机制及其环境效应，探讨地球早期生命与环境的协同演化关系。

华北板块中元古界高于庄组保存有最早大型多细胞真核生物化石并记录了中元古代早期海洋氧化事件。然而此次氧化事件的驱动因素及其环境效应有待研究。P作为生物限制性营养元素，对于调控海洋初级生产力和氧化水平起到了至关重要的作用。海水中P的浓度主要受到大陆风化输入和海洋氧化还原状态的影响。通过研究蓟县剖面高于庄组碳酸盐岩的Fe-Sr同位素组成和营养元素P的含量，发现增强的大陆风化作用驱动营养元素P向海洋的输入，造成海洋产氧光合作用菌藻类的繁盛，进而促进华北中元古代早期海洋氧化水平的提高和大型多细胞真核生物的演化。然而海洋的持续氧化形成的大量铁的氧化物会将生物必需的营养元素P通过吸附作用从海水中移除，也会减弱深部水体和沉积物中P的再循环进入海洋，从而限制了生物生产力和海洋氧化程度。这一发现为更好地理解元古宙中期长期低氧背景的控制因素和多细胞真核生物的演化进程提供了经典的研究范例。