3月31日，我校科研團隊以“Proliferation of oxygen oases in Mesoarchean oceans”為題在地學國際權威期刊《Geology》發表論文，揭示了中太古代海洋中已廣泛分布“氧氣綠洲”。長安大學地球科學與資源學院葉輝博士為論文第一作者，長安大學吳昌志教授、南京大學李偉強教授為論文共同通訊作者。

產氧光合作用是地球氧氣的主要來源，是宏觀復雜生物演化的必要條件，進而成為地球宜居性的關鍵驅動力。約24億年前，地球大氣-海洋系統曾發生一次大氧化事件（Great Oxidation Event; GOE），這表明產氧光合作用起源于GOE之前，但具體何時起源、如何演化仍是未解之謎。學界將太古代還原性海洋中可能存在的局部氧化性水體稱為“氧氣綠洲（oxygen oasis）”，作為限定產氧光合作用演化歷史的關鍵。耶魯大學Planavsky教授在2014年曾報道南非Pongola群中有約29億年前沉積的富錳鐵建造，并論證在中元古代地球海洋中就已存在含氧水體，即“氧氣綠洲”。但多年來，Pongola群的29億年富錳鐵建造似乎是一個孤例，這為深入理解產氧光合作用的起源和演化帶來了困擾。

圖1 店子河鐵建造的大地構造位置

針對早期地球氧化歷史的重大問題，長安大學吳昌志教授領銜研究團隊在華南崆嶺雜巖中識別出了中太古代28.8-28億年前形成的富錳鐵建造（圖1），研究發現：（1）店子河鐵建造變質前主要的富錳礦物為貧鈣鐵錳碳酸鹽，顯著區別于缺氧水體中形成的富鈣錳碳酸鹽礦物；（2）樣品具有輕Fe同位素組成（δ56Fe: ?0.21至?1.33‰; 均值為?0.91‰），且δ56Fe與Mn含量（Fe/Mn比值）成正比，與具有氧化還原梯度的含氧水體地球化學特征一致（圖2）。據此，研究團隊提出，（1）店子河鐵建造沉積于中太古代海洋局部“氧氣綠洲”，海水氧氣含量高達10微摩爾以上（圖3）；（2）地質歷史時期中富錳鐵建造的發育與氧化事件具有時空聯系，指示其形成與產氧光合作用直接相關；（3）由于華南古陸核與南非Pongola群沒有空間聯系，崆嶺的28億年富錳鐵建造的識別破除了Pongola群的29億年富錳鐵建造的孤例困局，顯示中太古代海洋中應已經存在多個“氧氣綠洲”，即產氧光合作用在29億年以前可能實現全球性擴散。

圖2 店子河鐵建造具有輕Fe同位素組成，而且Fe同位素組成與Fe/Mn比值呈正相關，指示其形成于含氧水體環境

圖3 店子河鐵建造形成于中太古代海洋局部“氧氣綠洲”，其中海水氧氣含量約為1至>10微摩爾

該研究成果以“Proliferation of oxygen oases in Mesoarchean oceans”為題于2025年3月31日發表于地學國際權威期刊《Geology》。長安大學地球科學與資源學院葉輝博士為論文第一作者，長安大學吳昌志教授、南京大學李偉強教授為論文共同通訊作者。共同作者還包括南京大學王孝磊教授、楊濤教授、管躍工程師，長安大學楊秀清教授，西北大學郝威鐸教授和加拿大阿爾伯塔大學Kurt O. Konhauser教授。本研究的關鍵Fe同位素分析和鋯石年代學分析在南京大學地球關鍵物質循環與成礦全國重點實驗室完成，礦物定量分析在長安大學西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室完成，研究工作得到了新疆自治區重點研發項目（2024B04004），國家自然科學基金（42203068, 41872077, 42425301）和新疆天池英才計劃的聯合資助。

論文鏈接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/53/4/365/651999/Proliferation-of-oxygen-oases-in-Mesoarchean

（供圖：葉輝  審稿：李佐臣  網絡編輯：和燕）