跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

从锂同位素角度看碳和硅循环的演化

摘要

全球碳和硅循环的演变被认为是地球气候长期稳定的原因之一123..然而,关于在起作用的反馈机制仍然存在许多问题,而且地球表面环境中这些元素的来源和汇的数量限制有限456789101112.在这里,我们认为锂同位素记录可以用来跟踪控制长期碳和硅循环的过程。通过分析来自100多个地层单元的600多个浅水海洋碳酸盐样品,我们构建了一个跨越过去30亿年的新的碳酸盐基锂同位素记录。这些数据表明碳酸盐岩锂同位素值随着时间的推移而增加,我们认为这是由海水锂同位素条件的长期变化所驱动的,而不是由旧样品的沉积变化所驱动的。利用质量平衡建模方法,我们提出锂同位素值的观测趋势反映了从前寒武纪碳和硅循环到现代特征的过渡。我们推测,这种转变与逐渐转向生物控制的海洋硅循环和陆地植物的进化辐射有关1314

这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问

相关的文章

引用本文的开放获取文章。

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

所有价格均为净价格。

图1:碳酸盐岩同位素记录。
图2:本研究中具有代表性的保存完好的碳酸盐薄片显微照片。
图3:锂同位素质量平衡结果的二维密度热图。

数据可用性

这里产生的所有地球化学数据都包含在补充表2,可在Mendeley Data (https://doi.org/10.17632/ztpkpbm43x.1).样本的碎片被保存在耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆。

代码的可用性

全局李质量平衡模型的描述可在补充信息.其他代码(Python)已发布在GitHub (https://github.com/jkatch/Li-global-mass-balance).锂同位素成岩模式的描述见于补充信息

参考文献

  1. Jaffrés, J. B. D., Shields, G. a . & Wallmann, K.海水的氧同位素演化:对过去34亿年长期争议和改进的地质水循环模型的批判性回顾。地球科学。牧师83, 83-122(2007)。

    广告谷歌学者

  2. Berner, R. A., Lasaga, a.c. & Garrels, R. M.碳酸盐-硅酸盐地球化学循环及其对过去1亿年来大气二氧化碳的影响。点。j . Sci283, 641-683(1983)。

    广告中科院谷歌学者

  3. 李文杰,李文杰。构造和气候对硅酸盐风化作用的控制。地球的星球。科学。列托语235, 211-228(2005)。

    广告中科院谷歌学者

  4. Isson, t.t.等人。全球碳循环演化与地球气候调节。水珠。Biogeochem。周期34, 1-28(2020)。

    谷歌学者

  5. 希尔顿,R. G. &韦斯特,A. J.山脉,侵蚀和碳循环。Nat. Rev.地球环境1, 284-299(2020)。

    广告谷歌学者

  6. 米尔斯,B.兰顿,t.m.和沃森,A. J.元古代氧气上升与海底和陆地风化作用之间的平衡转移有关。国家科学院学报美国111, 9073-9078(2014)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  7. Coogan, L. A., Gillis, K. M., Pope, M. & Spence, J.海洋地壳低温(离轴)变化在全球Li-cycle中的作用:来自Troodos蛇绿岩的见解。Geochim。Cosmochim。学报203, 201-215(2017)。

    广告中科院谷歌学者

  8. Isson, t.t. & Planavsky, n.j.逆风化作用作为海洋pH值和行星气候的长期稳定剂。自然560, 471-475(2018)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  9. 使用逆地质碳循环模型约束气候敏感性和大陆与海底风化作用。Nat。Commun8, 15423(2017)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  10. 克里桑森-托顿,J. &卡特林,D. C.地球历史上的碳硅耦合循环模型:反向风化作用作为中元古代温暖气候的可能解释。地球的星球。科学。列托语537, 116181(2020)。

    中科院谷歌学者

  11. 凯勒,C. K. &伍德,B. D.化学风化在维管陆生植物出现之前的可能性。自然364, 223-225(1993)。

    广告中科院谷歌学者

  12. 伊巴拉,D. E.等。模拟陆地植物进化对硅酸盐风化的影响。点。j . Sci319, 1-43(2019)。

    广告中科院谷歌学者

  13. 李志强,李志强,李志强。早期陆生植物胁迫下冲积泥岩的演化。科学359, 1022-1024(2018)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  14. 伯纳,R. a . & Kothavala, Z. GEOCARB III:大气CO的修正模型2显生宙。点。j . Sci301, 182-204(2001)。

    广告中科院谷歌学者

  15. 德林杰等人。风化机制控制的亚马逊河流域河流Li同位素分馏。Geochim。Cosmochim。学报164, 71-93(2015)。

    广告中科院谷歌学者

  16. Vigier, N.等人。蒙脱石形成过程中锂同位素分馏的定量及其对锂循环的意义。Geochim。Cosmochim。学报72, 780-792(2008)。

    广告中科院谷歌学者

  17. Sauzéat, L., Rudnick, R. L., Chauvel, C., Garçon, M. & Tang, M.上地壳Li同位素组成及其风化特征的新认识。地球的星球。科学。列托语428, 181-192(2015)。

    广告谷歌学者

  18. 米斯拉,S. & Froelich, P. N.新生代海水锂同位素历史:硅酸盐风化和反向风化的变化。科学335, 818-823(2012)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  19. 波格·冯·斯特兰德曼,P. A. E. & Henderson g.m.。地质43, 67-70(2015)。

    广告谷歌学者

  20. 波格·冯·斯特兰德曼,p.a.e.等。评估大块碳酸盐岩作为海水Li同位素比率的档案。化学。地质的530, 119338(2019)。

    广告中科院谷歌学者

  21. 华盛顿,K. E.等。现代和新生代腕足类化石的锂同位素组成。地质48, 1058-1061(2020)。

    广告中科院谷歌学者

  22. 范特尔,M. S.,巴恩斯,B. D. & Lau, K. V.成岩作用在形成海相碳酸盐岩地球化学记录中的作用。为基础。地球行星。Sci48, 549-583(2020)。

    广告中科院谷歌学者

  23. 德林杰等人。成岩作用对浅海碳酸盐岩锂同位素比值的影响。点。j . Sci320, 150-184(2020)。

    广告中科院谷歌学者

  24. 胡德,a . van S. & Wallace, M. W.低温期礁杂岩的同沉积成岩作用:无处不在的海洋白云岩沉淀。Sedim。地质的255 - 256, 56-71(2012)。

    广告谷歌学者

  25. Blättler, C. L. & Higgins, J. A.使用沉积碳酸盐的钙同位素组成测试Urey的碳酸盐-硅酸盐循环。地球的星球。科学。列托语479, 241-251(2017)。

    广告谷歌学者

  26. 嗯,a.c.等人。埃迪卡拉纪基底“盖白云岩”的早期成岩除冰成因。地球的星球。科学。列托语506, 292-307(2019)。

    广告中科院谷歌学者

  27. Hoffman, P. F. & Lamothe, K. G.新元古代海洋中海水缓冲成岩作用、碳同位素漂移破坏和DIC组成。国家科学院学报美国116, 18874-18879(2019)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  28. 杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东,杨晓东。浅水碳酸盐岩沉积早期成岩作用的定量研究。Geochim。Cosmochim。学报236, 140-159(2018)。

    广告中科院谷歌学者

  29. 希金斯,J. A.等。矿物学,早期海洋成岩作用,浅水碳酸盐岩沉积物化学。Geochim。Cosmochim。学报220, 512-534(2018)。

    广告中科院谷歌学者

  30. 哈索恩,E. C.和詹姆斯,R. H.海水中锂的时间记录:硅酸盐风化的示踪剂?地球的星球。科学。列托语246, 393-406(2006)。

    广告中科院谷歌学者

  31. 霍俊明,陈丽华,麦克多诺,W. F.和Turekian, K. K.浮游有孔虫锂同位素组成的测定及其作为古海水代用物的应用。3月地质师217, 255-265(2005)。

    广告中科院谷歌学者

  32. 克罗克福德,P. W.等。由早期成岩白云岩重建新元古代海水化学。地质49, 442-446(2021)。

    广告中科院谷歌学者

  33. 乌尔曼,C. V.等。新西兰晚侏罗世菱石的部分成岩叠印:对方解石化石中δ7Li值保存潜力的启示。Geochim。Cosmochim。学报120, 80-96(2013)。

    广告中科院谷歌学者

  34. 维泽,j古气候学和古环境百科全书(编者:Gornitz, V.) 923-926 (Springler, 2009)。

  35. 胡德,A. van S. & Wallace, M. W.新元古代海相碳酸盐岩及其古海洋学意义。全球地球。改变160, 28-45(2018)。

    广告谷歌学者

  36. Jeffcoate, a.b., Elliott, T., Thomas, A. & Bouman, C.通过MC-ICP-MS对地质参考物质和现代海水的锂同位素组成进行精确的小样本量测定。Geostand。Geoanal。Res28, 161-172(2004)。

    中科院谷歌学者

  37. Galili, N.等。海洋铁氧化物中海水氧同位素的地质历史。科学365, 469-473(2019)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  38. 库根,L. A. & Dosso, S.玄武岩宿主系统脊轴热液通量的内部一致性、概率性测定。地球的星球。科学。列托语323 - 324, 92-101(2012)。

    广告谷歌学者

  39. O 'Neill, C., Lenardic, A., Höink, T. & Coltice, N. in类地行星比较气候学“,(麦克维尔,s.j.,西蒙-米勒,a.a.,哈德,j.w.和布洛克,m.a.) 473-486(亚利桑那大学出版社,2013年)。

  40. 地球板块构造的起始和演化:理论和观测。为基础。地球行星。Sci41, 117-151(2013)。

    广告中科院谷歌学者

  41. Rafiei, M. & Kennedy, M.在中元古代Velkerri组记录的没有陆地生命的世界中的风化作用。Nat。Commun10, 3448(2019)。

    广告中科院PubMed公共医学中心谷歌学者

  42. 活性沉积物去除溶质的有效同位素分馏因子:实验室微观和泥浆研究。环绕。科学。抛光工艺42, 7850-7855(2008)。

    广告中科院PubMed谷歌学者

  43. 康利,D. J.等。生物硅化作用使海洋中溶解的硅含量在地质时期下降。前面。3月Sci4, 397(2017)。

    谷歌学者

  44. 波格·冯·斯特兰德曼,p.a.e.等。希尔南天冰期化学风化作用对全球气候稳定的影响。Geochem。教谕。列托语3., 230-237(2017)。

    谷歌学者

  45. Lechler, M., Pogge von Strandmann, P. A. E., Jenkyns, H. C., Prosser, G. & Parente, M. OAE 1a(早期Aptian Selli事件)增强硅酸盐风化的锂同位素证据。地球的星球。科学。列托语432, 210-222(2015)。

    广告中科院谷歌学者

  46. 鲍格·冯·斯特兰德曼,P. A. E.,詹金斯,H. C. & Woodfine, R. G.大洋缺氧事件中增强风化作用的锂同位素证据Nat。Geosci6, 668-672(2013)。

    广告中科院谷歌学者

  47. 谢晓东,谢晓东,张晓东。前寒武纪海相碳酸盐同位素数据库:1.1版。Geochem。地球物理学。Geosyst3.https://doi.org/10.1029/2001GC000266(2002)。

  48. 麦克阿瑟,J. M. Howarth, R. J. &希尔兹-周,G. A. in地质时间尺度2012(格拉德斯坦,F.,奥格,J.,施密茨,M.和奥格,G.) 127-144(剑桥大学出版社,2012)。

  49. 为什么大气变成含氧的:一个建议。Geochim。Cosmochim。学报73, 5241-5255(2009)。

    广告中科院谷歌学者

  50. 塔吉卡,E. & Matsui, T.陆地原始co的演化2大气与地球热历史的耦合。地球的星球。科学。列托语113, 251-266(1992)。

    广告中科院谷歌学者

下载参考

确认

N.J.P.感谢来自替代地球NASA天体生物学研究所和帕卡德基金会的资助。P.A.E.P.v.S.由欧洲研究委员会(ERC)整合拨款(682760 CONTROLPASTCO2)资助。A.v.S.H.承认澳大利亚研究委员会(ARC)早期职业研究人员奖(DECRA;DE190100988)。B.K.-A。感谢耶鲁大学生物圈研究所的财政支持。我们感谢J. Utrup, S. H. Butts和耶鲁大学皮博迪自然历史博物馆提供的腕足动物和碳酸盐样本。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

B.K.-A。,N.J.P., P.A.E.P.v.S. and J.A.R.K. designed the research. E.J.B., A.v.S.H., D.S.J., F.A.M., M.W.W., J.A.R.K., A.H., F.O.O., C.W., M.D. and N.J.P. collected samples. B.K.-A., P.A.E.P.v.S., J.A.R.K., M.D., J.G.M., D.A., F.A.M., A.J.W. and J.A.H. conducted geochemical analyses. J.A.R.K. wrote the Li-isotope mass-balance model. B.K.-A. wrote the Li-isotope diagenetic model. B.K.-A., N.J.P., P.A.E.P.v.S. and J.A.R.K. analysed the data and wrote the paper. All authors contributed to the preparation of the manuscript.

相应的作者

对应到Boriana Kalderon-Asael诺亚·j·普拉纳夫斯基菲利普·a·e·波格·冯·斯特兰德曼

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

同行评审信息自然感谢Jeremy Caves Rugenstein和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

补充信息

该文件包含补充图1 - 29;补充表1 - 3;补充方法;补充讨论;全球锂同位素质量平衡;成岩模型和补充参考资料。

补充表1

a)耶鲁大学本研究中分析的样本描述;b)牛津大学和伦敦大学学院。

补充表2

本研究获得的地球化学数据:a)耶鲁大学分析样品的δ7Li(‰)、Li、Mg、Al、Ca、Ti、Mn、Rb、Sr、Pb浓度(ppm)和δ44/40Ca(‰);b)牛津大学和伦敦大学学院分析样品的δ7Li(‰)、Li/Ca、Al/Ca、Mn/Ca、Sr/Ca和Mg/Ca元素比值。

权利和权限

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

Kalderon-Asael, B., Katchinoff, j.a.r., Planavsky,新泽西州et al。从锂同位素角度看碳和硅循环的演化。自然595, 394-398(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03612-1

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • 发行日期

  • DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03612-1

这篇文章被引用

评论

通过提交评论,您同意遵守我们的条款而且社区指导原则.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map