寒武纪早期塔里木盆地 Yurtus 组碳酸盐岩 δ138Bacarb与 Ce/Ce * 的耦合研究：揭示海洋钡循环动态与 redox 演化

为解析早期寒武纪海洋钡循环与 redox 演化关联，研究人员分析塔里木盆地 Yurtus 组碳酸盐岩 δ138Bacarb和 Ce/Ce*。发现三次 δ138Bacarb负偏移，结合 δ13Ccarb数据，揭示浅海钡循环受缺氧深水干扰，为早期海洋环境演化提供新依据。

　　

早期寒武纪是地球生命演化史上的 “大变革时代”，这一时期不仅见证了动物的早期快速多样化，还伴随着碳循环的剧烈扰动、海水化学组成的改变以及海洋 - 大气系统中 redox（氧化还原）状态的频繁波动。然而，在这些复杂的协同演化过程中，钡（Ba）循环的响应机制却一直未能得到清晰揭示。传统上，科学家们通过沉积物中钡的总浓度或重晶石（BaSO?）含量来重建古生产力，但这种方法存在明显局限，比如易受陆源碎屑稀释影响，且重晶石的保存还受海水硫酸盐浓度和 redox 条件的制约，难以准确反映真实的海洋过程。

幸运的是，钡同位素组成（δ¹³⁸Ba）作为一种新兴的地球化学示踪剂，为破解这一难题带来了希望。它能够更精准地揭示海洋钡循环动态、古生产力变化以及海水 redox 演化之间的复杂联系。在此背景下，为探究早期寒武纪海洋钡循环如何响应当时的生物、化学和环境变化，南京大学矿床学国家重点实验室（State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, Nanjing University）的研究人员对中国西北塔里木盆地 Xiaoxigou 剖面下寒武统 Yurtus 组的碳酸盐岩展开了系统研究，相关成果发表在《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》。

研究人员采集了塔里木盆地 Xiaoxigou 剖面 Yurtus 组的碳酸盐岩样本，将所有样本粉碎至 200 目后，在南京大学矿床学国家重点实验室进行分析。主要通过测定碳酸盐岩中的钡同位素组成（δ¹³⁸Ba_carb）、铈异常值（Ce/Ce*）以及碳同位素组成（δ¹³C_carb），其中 Ce/Ce * 采用 Lawrence 等人 2006 年提出的公式计算以避免高估，同时分析了样本的主量和微量元素含量。

δ¹³⁸Ba_carb的显著变化与三次负偏移

研究发现，所分析的碳酸盐岩记录了显著的 δ¹³⁸Ba_carb变化，范围从 - 0.49‰到 + 0.69‰。在与现代开阔海洋特征相当的基线值中，穿插着三次明显的负偏移，这些偏移主要分布在第 3 单元至第 5 单元。

前两次负偏移与海侵及缺氧深水入侵

位于第 3 单元下部的前两次 δ¹³⁸Ba_carb负偏移，在时间上与 δ¹³C_carb的负偏移以及升高的 Ce/Ce * 比值相吻合。结合这些数据，研究人员认为这两次负偏移与一次海侵事件相关，该事件导致了缺氧深水的入侵，从而干扰了浅海区域的钡循环。

第三次负偏移与深水缺氧 /euxinic 条件扩张及有机碳埋藏增强

第三次 δ¹³⁸Ba_carb负偏移则与 δ¹³C_carb的正偏移同时发生，这表明此次偏移与深水缺氧 /euxinic（ euxinic 指同时含有硫化氢的缺氧环境）条件的扩张以及有机碳埋藏增强有关。

Ce/Ce * 与 δ¹³⁸Ba_carb的耦合与解耦揭示 redox 分层

总体来看，升高的 Ce/Ce比值通常与 δ¹³⁸Ba_carb的降低相对应，但在第三次 δ¹³⁸Ba_carb负偏移期间，出现了 Ce/Ce降低而 δ¹³⁸Ba_carb持续下降的情况。这一现象凸显了深浅水团之间 redox 演化的解耦，即浅海环境氧含量增加，但深水缺氧条件仍在扩张。

该研究通过耦合分析 δ¹³⁸Ba_carb和 Ce/Ce比值，首次揭示了塔里木盆地西北缘早期寒武纪海水具有高度动态的钡循环。浅水区存在类似现代的活跃钡循环，但会被缺氧深水的入侵或上升流间歇性打断。这一发现不仅为理解早期寒武纪海洋环境的复杂性提供了新的视角，还证明了 δ¹³⁸Ba_carb与 Ce/Ce的耦合系统学在解析古海洋 redox 演化和元素循环动态方面的重要价值，为后续研究早期地球海洋环境与生命演化的关系奠定了关键基础。