华北克拉通约1.64 Ga串岭沟组黑色页岩的Mo同位素约束：中元古代海洋氧化事件的全球启示

本研究针对中元古代（1.8–0.8 Ga）海洋氧化状态争议，通过分析华北克拉通1.64 Ga串岭沟组黑色页岩的Mo同位素（δ98/95 Mo）、氧化敏感元素（RSE）及总有机碳（TOC），首次量化了该时期海水氧化范围。结果显示局部硫化环境（MoEF 达3.91）与最小38%的氧化海底面积，提出裂谷火山作用驱动的短期氧化事件，为真核生物早期演化提供了环境依据。成果发表于《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》。

　　

地球早期大气与海洋的氧化历程是理解生命演化的关键。尽管大氧化事件（GOE, 2.4–2.1 Ga）和新元古代氧化事件（NOE）已被广泛研究，但中元古代（1.8–0.8 Ga）长期被视为氧化停滞的"无聊十亿年"。传统观点认为该时期大气氧含量（<1% PAL）抑制了真核生物复杂化，但近年研究发现局部氧化脉冲可能与哥伦比亚超大陆裂解相关。华北克拉通1.64 Ga串岭沟组黑色页岩保存了最早的多细胞真核生物化石，其沉积环境氧化程度成为解开中元古代环境-生命协同演化之谜的关键。

中国科学院地质与地球物理研究所团队通过Mo同位素质量平衡模型、氧化敏感元素（Mo-U-V）富集因子（EF）及总有机碳（TOC）分析，结合全球同期黑色页岩对比，首次系统量化了1.64 Ga海洋氧化状态。

关键方法

1. 样品采集与处理：对串岭沟组三段黑色页岩连续采样，剔除风化层后研磨至200目，避免金属污染。
2. 地球化学分析：采用ICP-MS测定Mo、U、V浓度，同位素比值质谱仪测定δ^98/95
   Mo，元素富集因子（Mo_EF
   、U_EF
   、V_EF
   ）以上地壳值为参照。
3. 氧化还原指标：结合TOC（最高2.17%）与RSE富集程度划分氧化-硫化相。
4. 全球对比：整合澳大利亚Roper盆地等同期黑色页岩数据，建立哥伦比亚超大陆裂解期沉积响应模型。

研究结果

Geological background
华北克拉通燕辽裂谷带1.64 Ga串岭沟组发育于哥伦比亚超大陆裂解初期，是全球最早的后GOE黑色页岩之一，其上部层段（Member III）Mo含量异常高（4.09 ppm），δ^98/95
Mo达+1.42‰，显著高于下部层位（0.19–1.47 ppm，δ^98/95
Mo: -0.01‰–+1.01‰）。

Major, trace element and TOC concentration
上部层段呈现Mo_EF
3.91、U_EF
1.35、V_EF
0.88的协同富集，TOC与Mo含量正相关（R²
=0.72），指示硫化水体环境。而中下部低Mo_EF
（<1.5）反映氧化-次氧化条件。

Global black shale deposits at ～1.64 Ga
全球同期黑色页岩（如澳大利亚Velkerri组）均显示Mo-U富集，证实该时期存在与超大陆裂解相关的全球性海洋化学扰动。

Conclusions
Mo同位素模型估算1.64 Ga海洋至少38%海底为氧化状态，最大硫化范围不超过45%。裂谷火山作用增强的营养输入、氧化风化加剧及可容空间扩大共同驱动了短期氧化事件，为真核生物多细胞化（如串岭沟组发现的化石）创造了微氧环境。这一"中元古代氧化事件"（MOE）修正了传统"无聊十亿年"认知，揭示了超大陆裂解-海洋化学变化-生命演化的协同机制。

该研究通过高精度Mo同位素约束，首次为中元古代氧化脉冲提供了定量化证据，对理解地球中年期环境-生命协同演化具有里程碑意义。成果为《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》提供了古海洋化学研究的新范式。