【Coshare Science】南京大学鲍惠铭教授:地质历史中的同位素异常大镜像

地质历史中的同位素异常大镜像

Nanjing University | Huiming Bao

--Coshare Science

在地球复杂且不可逆的演化过程中，大气中氧气浓度存在一个阈值（因而大气臭氧柱总厚度也存在一个阈值）。低于该阈值时，深紫外线可以到达地面或对流层，非质量依赖性（NMD）硫同位素分馏可以通过地表火山二氧化硫的光解作用产生，并且其特征（即非零的Δ³³S值）会被保存在岩石记录中。高于该阈值时，对流层中不再产生NMD硫同位素特征，并且由于微生物硫氧化还原循环强度的增加，即使有少量产生也难将其保存在岩石记录中。取而代之的是，大气中会出现NMD氧同位素特征。这是因为低于该阈值时，大气中的CO₂-O₂-O₃反应网络强度微乎其微。当大气氧分压（pO₂）高于阈值时，大气中的O₂表现出非质量依赖性的¹⁷O亏损，而O₃则表现出相应的¹⁷O盈余，即两者都具有Δ¹⁷O非零值。根据大气化学模型，该pO₂阈值可能相当于目前大气水平的10^-5（Pavlov and Kasting, 2002; Wogan et al., 2022）。这一转变被称为大氧化事件（GOE），发生在约23亿年前，之后大气中的CO₂-O₂-O₃反应网络强度变得更显著。因此，大气化合物的Δ³³S和Δ¹⁷O应该在地球近46亿年的历史轴上互为镜像，分界点约为23亿年前。

这就是我在最近的一篇“文章”中提出的一个概念：地质历史中的同位素异常大镜像（The Grand Mirror of Isotope Anomalies or GMIA）。早期的一个版本我2013年夏天在意大利佛罗伦萨的Goldschmidt Conference上做过报告 (“Direct Atmospheric O₃ and O₂ Signatures from the Deep Past and Their First-Order Pattern”)。

“同位素异常大镜像”很简洁地概括了整个地球演化历史的一个框架。这个词好记。我推荐各位教地史的老师多用（包括文章引用：H. Bao, The grand mirror of isotope anomalies, Coshare Science 04, 04 (2026). DOI: https://doi.org/10.61109/cs.202603.162）。

📢我的推荐如此别致，以至于我第一次采用了盼望已久的视频“文章“（2013年在佛罗伦萨的精彩没有被录像的遗憾终于被填补了些）。

😄我的推荐如此真诚，以至于我翻出了30多年前买的西装（这里有多层意义的凡尔赛，比如依旧合身）。

🎥我的推荐如此急切，以至于我在面容消瘦时便兴致勃勃地走到绿幕前。

视频：https://www.cosharescience.com/videos/cs.202603.162

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这次可是真人上场

下次你就分不清是真人还是数字人了😄

参考文献：

• Pavlov, A. A., and J. F. Kasting. Mass-independent fractionation of sulfur isotopes in Archean sediments: strong evidence for an anoxic Archean atmosphere. Astrobiology 2.1 (2002): 27-41. DOI: https://doi.org/10.1089/153110702753621321

• Wogan, Nicholas F., et al. Rapid timescale for an oxic transition during the Great Oxidation Event and the instability of low atmospheric O2. Proceedings of the National Academy of Sciences 119.37 (2022): e2205618119. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2205618119

• H. Bao, Direct Atmospheric O₃ and O₂ Signatures from the Deep Past and their First-Order Pattern. Mineralogical Magazine (2013) 77 (5): 650. DOI: https://doi.org/10.1180/minmag.2013.077.5.2