2025年3月，国际著名期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology发表了成都理工大学沉积与生物地球化学国际研究中心李超教授团队程猛研究员最新研究成果“Reconciling redox proxy contradiction with active Fe-Mn shuttle in the Cryogenian Nanhua Basin of South China”。程猛研究员为论文第一作者和通讯作者，中国地质大学（武汉）胡军副教授为共同通讯作者。参与此项研究工作的还有本中心张子虎博士、王海洋研究员和李超教授及南京大学曹梦春博士。

n 研究背景

成冰纪(~720-635百万年前)是地球历史上的一个关键转折期，见证了气候、大气成分和海洋氧化还原状态的重大变化，基础动物群的演化，以及大量沉积型锰矿的形成。然而，对成冰纪海洋氧化还原状态的认识仍不清晰，基于不同地球化学指标得出了明显矛盾的认识，这导致对氧气在锰矿形成和动物出现中的作用存在极大争议。为了调和不同指标间的矛盾，本研究分析了大塘坡组三个钻孔中的黄铁矿和碳酸盐结合硫酸盐（CAS）的硫同位素组成（δ34S），总有机碳/磷（Corg/P）、Ce异常（Ce/Ce*）和化学风化指数（CIA）。结果表明，对成冰纪南华盆地的C_org/P和Ce/Ce*的解释可能是多方面的，仅使用单一指标进行过度泛化可能导致解释上的模糊性，因此强烈建议使用多个指标进行交叉验证。

n 研究发现

研究样品显示出独特的δ³⁴S组成：黄铁矿和CAS的δ³⁴S组成均显著高于同时期所估计的海洋的硫同位素组成；CAS的δ³⁴S要比同一样品黄铁矿δ³⁴S低，存在所谓“超重黄铁矿”现象。前一特征主要反映了盆地局限导致的盆地内水体δ³⁴S的显著升高；由于细菌硫酸盐还原过程（MSR）优先还原³²S，后一特征指示多个硫循环过程叠加在MSR之上。铁组分数据指示锰矿层和相邻的泥岩层分别形成于铁化和硫化的沉积环境中，相应地，我们推测超重黄铁矿的形成分别反映了海水入侵导致的H₂S部分氧化和易挥发性有机硫的形成。这两种机制均不支持底水的完全氧化，但表明化变层位置存在显著波动。

图1. 样品的硫同位素组成特征

基于Mo、U被Fe-Mn氧化物吸附的显著差异，统计和新报道的Mo、U富集系数指示盆地水柱中活跃的Fe-Mn shuttle作用，这与盆地内波动的化变层一致。基于此，我们对C_org/P和Ce*/Ce数据进行了重新解译：Fe-Mn氧化物在化变层之上对P和Ce形成强烈吸附，而在化变层之下，由于Fe-Mn氧化物的还原，P和Ce得以被重新释放进入水柱和沉积物，形成更低的C_org/P和显著的Ce/Ce*。两个指标所指示的“氧化”实际上是活跃的Fe-Mn shuttle的假象。基于该研究结果，我们认为大塘坡锰矿可能直接形成于缺氧水体中。该时期大量锰矿形成是海洋广泛缺氧、大陆裂解形成裂谷盆地和陆地化学风化增强等多因素共同作用的结果。

图2. 大塘坡锰矿形成的概念模型及关键元素循环过程

n 研究意义

研究对成冰纪间冰期海洋和盆地范围内元素循环机理给出了更加精细的剖析，解决了C_org/P和Ce*/Ce与铁组分对水体氧化还原状态指示结果的矛盾，对大塘坡锰矿的形成机制给出了新的认识。

论文信息：Meng Cheng (程猛)*, Zihu Zhang, Jun Hu*, Haiyang Wang, Mengchun Cao, Chao Li. 2025. Reconciling redox proxy contradiction with active Fe-Mn shuttle in the Cryogenian Nanhua Basin of South China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 667, 112899.

https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.112899.