研究揭示海水与岩石反应对显生宙大气氧含量的重要调控作用

　　

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质实验室张运迎研究员团队在大气氧含量调控机制研究领域取得重要进展。团队提出，显生宙海水与岩石反应（水–岩反应）成因黄铁矿埋藏对大气氧含量具有重要调控作用，这一发现为理解地球宜居性提供了新的科学依据。该研究成果发表于国际权威期刊Chemical Geology《化学地质》。助理研究员苗秀全为第一作者，研究员张运迎为通讯作者，研究员孙珍、博士孙李恒和研究员黄瑞芳为共同作者。

大气氧含量是影响地球宜居性的关键因素之一。黄铁矿埋藏过程能够产生氧气，是大气氧的净源。然而，既往研究仅计算了大洋沉积物中的黄铁矿埋藏通量，而忽略了埋藏于洋壳岩石中的水–岩成因黄铁矿，导致黄铁矿埋藏对显生宙大气氧含量调控作用强弱存在争议。

针对这一问题，研究团队以南海北部洋陆过渡带IODP U1502B钻孔蚀变玄武岩中的黄铁矿为研究对象，系统开展原位主、微量元素以及硫（S）同位素地球化学研究。研究发现，这些黄铁矿富集流体活动性与温度敏感元素（如Pb、MO和Co等），其δ³⁴S值介于1.93–5.96 ‰之间，证实其为高温热化学硫酸盐还原成因，其中约22%的硫源于海水，其余硫来自洋壳岩石。

本研究创新性采用新推导的S同位素质量平衡公式，首次计算了显生宙水–岩反应成因黄铁矿埋藏通量（F_SRI-py = 7.23–14.9 × 10¹¹摩尔/年），与沉积成因黄铁矿埋藏通量（F_SED-py = 6.77–14.2 × 10¹¹摩尔/年）相当。而且，显生宙黄铁矿埋藏的百万年产氧量为3.1–8.8×10¹⁸摩尔，相当于现今大气氧含量的8.3–23.7%。表明显生宙黄铁矿埋藏对大气氧含量变化起主导调控作用。该研究不仅确立了水–岩反应对大气氧的重要影响，更为理解地球氧气演变和宜居环境形成提供了全新视角。

图1（a）南海构造纲要图；（b）U1502B钻孔岩性柱状图；（c–e）黄铁矿镜下照片

图2（a）南海U1502B钻孔黄铁矿S同位素组成；（b）瑞利分馏过程模拟

图3 显生宙黄铁矿埋藏通量

本研究由自然资源部海底矿产资源重点实验室开放基金（KLMMR-2024-G06）、国家重点研发计划（2021YFC3100600，2024YFF0808200）和中国科学院南海海洋研究所专项基金（SCSIO2023QY06）联合资助。

论文信息：Miao. X.Q.,Zhang,Y.Y.*,Sun,Z.,Sun,L.H.,Huang,R.F.,2025. Burial of seawater–rock interaction-derived pyrites in altered oceanic crust: Implication for Phanerozoic oceanic sulfur cycle. Chemical Geology,680,122701.

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122701.