CAJ | 학술논문

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的化学沉积建造类型,记录了当时大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化.本文系统测定了华北地台条带状硅铁建造的硫硅氧同位素组成.不同时代和不同类型条带状硅铁建造中石英的硅同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30Si NBS-28大部分位于-2.0‰～ -0.3‰之间,平均-0.8‰;硅铁建造中石英的δ18O V-SMOW相对较高,8.1‰～21.5‰,平均13.9‰;二者均与现代海底黑烟囱、泉华及热水沉积硅质岩的硅氧同位素组成相似.在同一样品中,磁铁矿条带中石英的δ30Si NBS-28普遍低于相邻硅质条带中石英的值,而δ18O V-SMOW刚好相反,反映了硅铁建造沉积时的初始特征.BIFs中硫化物的δ34S V-CDT变化范围很大,-22.0‰～ +11.8‰,但大部分集中分布在0值附近.Δ33S= -0.89‰～+1.2‰,显示出了明显的硫同位素非质量分馏特征,说明当时大气氧浓度很低.与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造的Δ33S多为负值,而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造的Δ33S多为正值.提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由海底热液喷气作用形成的.富含溶解硅和铁的热水溶液喷发到在海底以后,由于温度突然下降,硅酸H4SiO4在海水中达到过饱和状态,导致SiO2首先沉淀,形成硅质层;随着热水溶液与海水的不断混合,温度不断降低,Eh值不断升高,Fe2+逐渐被氧化生成Fe3+随后沉淀,形成富铁层.一套硅铁韵律层代表了一次大的海底喷气活动;海底热液喷气的周期性活动形成了规律性的硅铁韵律层.BIFs的广泛分布和硫同位素非质量分馏效应的普遍存在,表明当时大气氧水平很低,可能不足现在氧水平的1‰;火山和海底喷气活动非常强烈,海水温度较高,呈酸性,pH值在3.0～5.5之间;海洋中可溶解硅H4SiO4和Fe2+的浓度很高;而可溶硫酸盐的浓度极低,＜1mM.早元古代(1.8Ga)以后海洋硫酸盐浓度升高,由富铁海洋转化为富硫酸盐的海洋,是造成BIFs消失的根本原因.大规模火山喷发和海底喷气活动对海洋的成分和氧化还原状态影响很大,使海洋的氧化时间较大气至少推迟了6亿年. 前寒武紀條帶狀硅鐵建造(BIFs)是地毬早期特有的化學沉積建造類型,記錄瞭噹時大氣和海洋的化學成分、氧化還原狀態及縯化.本文繫統測定瞭華北地檯條帶狀硅鐵建造的硫硅氧同位素組成.不同時代和不同類型條帶狀硅鐵建造中石英的硅同位素組成非常相似,彊烈虧損30Si,δ30Si NBS-28大部分位于-2.0‰～ -0.3‰之間,平均-0.8‰;硅鐵建造中石英的δ18O V-SMOW相對較高,8.1‰～21.5‰,平均13.9‰;二者均與現代海底黑煙囪、泉華及熱水沉積硅質巖的硅氧同位素組成相似.在同一樣品中,磁鐵礦條帶中石英的δ30Si NBS-28普遍低于相鄰硅質條帶中石英的值,而δ18O V-SMOW剛好相反,反映瞭硅鐵建造沉積時的初始特徵.BIFs中硫化物的δ34S V-CDT變化範圍很大,-22.0‰～ +11.8‰,但大部分集中分佈在0值附近.Δ33S= -0.89‰～+1.2‰,顯示齣瞭明顯的硫同位素非質量分餾特徵,說明噹時大氣氧濃度很低.與火山活動關繫密切的Algoma型硅鐵建造的Δ33S多為負值,而遠離火山活動中心的Superior型硅鐵建造的Δ33S多為正值.提齣無論是Algoma型,還是Superior型BIFs都是由海底熱液噴氣作用形成的.富含溶解硅和鐵的熱水溶液噴髮到在海底以後,由于溫度突然下降,硅痠H4SiO4在海水中達到過飽和狀態,導緻SiO2首先沉澱,形成硅質層;隨著熱水溶液與海水的不斷混閤,溫度不斷降低,Eh值不斷升高,Fe2+逐漸被氧化生成Fe3+隨後沉澱,形成富鐵層.一套硅鐵韻律層代錶瞭一次大的海底噴氣活動;海底熱液噴氣的週期性活動形成瞭規律性的硅鐵韻律層.BIFs的廣汎分佈和硫同位素非質量分餾效應的普遍存在,錶明噹時大氣氧水平很低,可能不足現在氧水平的1‰;火山和海底噴氣活動非常彊烈,海水溫度較高,呈痠性,pH值在3.0～5.5之間;海洋中可溶解硅H4SiO4和Fe2+的濃度很高;而可溶硫痠鹽的濃度極低,＜1mM.早元古代(1.8Ga)以後海洋硫痠鹽濃度升高,由富鐵海洋轉化為富硫痠鹽的海洋,是造成BIFs消失的根本原因.大規模火山噴髮和海底噴氣活動對海洋的成分和氧化還原狀態影響很大,使海洋的氧化時間較大氣至少推遲瞭6億年.
전한무기조대상규철건조(BIFs)시지구조기특유적화학침적건조류형,기록료당시대기화해양적화학성분、양화환원상태급연화.본문계통측정료화북지태조대상규철건조적류규양동위소조성.불동시대화불동류형조대상규철건조중석영적규동위소조성비상상사,강렬우손30Si,δ30Si NBS-28대부분위우-2.0‰～ -0.3‰지간,평균-0.8‰;규철건조중석영적δ18O V-SMOW상대교고,8.1‰～21.5‰,평균13.9‰;이자균여현대해저흑연창、천화급열수침적규질암적규양동위소조성상사.재동일양품중,자철광조대중석영적δ30Si NBS-28보편저우상린규질조대중석영적치,이δ18O V-SMOW강호상반,반영료규철건조침적시적초시특정.BIFs중류화물적δ34S V-CDT변화범위흔대,-22.0‰～ +11.8‰,단대부분집중분포재0치부근.Δ33S= -0.89‰～+1.2‰,현시출료명현적류동위소비질량분류특정,설명당시대기양농도흔저.여화산활동관계밀절적Algoma형규철건조적Δ33S다위부치,이원리화산활동중심적Superior형규철건조적Δ33S다위정치.제출무론시Algoma형,환시Superior형BIFs도시유해저열액분기작용형성적.부함용해규화철적열수용액분발도재해저이후,유우온도돌연하강,규산H4SiO4재해수중체도과포화상태,도치SiO2수선침정,형성규질층;수착열수용액여해수적불단혼합,온도불단강저,Eh치불단승고,Fe2+축점피양화생성Fe3+수후침정,형성부철층.일투규철운률층대표료일차대적해저분기활동;해저열액분기적주기성활동형성료규률성적규철운률층.BIFs적엄범분포화류동위소비질량분류효응적보편존재,표명당시대기양수평흔저,가능불족현재양수평적1‰;화산화해저분기활동비상강렬,해수온도교고,정산성,pH치재3.0～5.5지간;해양중가용해규H4SiO4화Fe2+적농도흔고;이가용류산염적농도겁저,＜1mM.조원고대(1.8Ga)이후해양류산염농도승고,유부철해양전화위부류산염적해양,시조성BIFs소실적근본원인.대규모화산분발화해저분기활동대해양적성분화양화환원상태영향흔대,사해양적양화시간교대기지소추지료6억년.