二叠纪-三叠纪超级季风气候下科罗拉多高原赤铁矿生长与扩散的岩石地球化学证据

这篇研究通过漫反射光谱(DRS)结合相分析、岩石学、全岩/原位主微量元素地球化学及钼稳定同位素技术，揭示了美国犹他州科罗拉多高原二叠纪-三叠纪红层(CRB)中赤铁矿的成因机制。研究发现赤铁矿以亚微米级片状晶体形式赋存于黑云母蚀变带、粘土矿物包膜及黄铁矿假象中，其形成受控于Pangea超级季风气候下的干湿交替过程，为大陆红层的多成因模型提供了关键地球化学证据。

　　

Highlight

科罗拉多高原二叠纪-三叠纪红层中赤铁矿的赋存形式与形成机制为理解大陆红层(CRB)的古气候意义提供了全新视角。这些鲜艳的红色沉积岩犹如地质"调色盘"，记录了古代铁循环的精彩故事。

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构造背景与古气候

科罗拉多高原这片广袤的"地质教科书"区域，经历了从晚白垩世至今的三期隆升事件，形成了十处基底核部隆起。在二叠纪-三叠纪时期，这里处于Pangea超大陆的"巨型季风走廊"中，干湿交替的气候节奏为赤铁矿的形成创造了理想条件。

材料与方法

研究团队在摩押附近选取了两个典型剖面："长峡谷"(LC)和"摩押断层"(MF)，采用"地质侦探"式的多技术联用方案：包括漫反射光谱(DRS)定量测定岩石颜色、伽马射线现场测井、扫描电镜(SEM)观察微形貌，以及激光剥蚀(LA-ICP-MS)原位微量元素分析等。

相分析与伽马能谱

研究人员识别出8种主要沉积相类型：从粗粒河道充填(F1)到风成沙丘沉积(F5)，每种相都像"地质指纹"般保留着独特的沉积学特征。伽马能谱数据显示，古土壤层中的钍/钾比值显著升高，这就像天然的"氧化还原指示剂"，暗示着强烈的化学风化过程。

相组合与沉积环境

这些沉积相组合构成了一个生动的"古代地表系统快照"：既有季节性河流(F2)留下的"地质缎带"，也有干盐湖(F7)形成的"龟裂拼图"，更有古土壤(F8)中保存的"氧化铁调色板"。特别值得注意的是，赤铁矿在古土壤中的丰度是其他相带的3-5倍，这些"红色信使"忠实地记录了古代地表的风化-沉积循环。

结论

研究表明，科罗拉多高原红层的"红色密码"源自多阶段的赤铁矿化过程：从硅酸盐矿物(特别是层状硅酸盐)晶格中释放的Fe²⁺，在干湿交替的超级季风气候驱动下，经历氧化-再沉淀的"铁之舞"，最终形成那些赋予岩石鲜艳红色的亚微米级赤铁矿晶体。这一发现为大陆红层的"多成因拼图"提供了关键碎片。