南华盆地成冰纪间冰期地层的氮同位素研究

The Cryogenian is a crucial interval, marked by marine environmental perturbations and diversification of multicellular eukaryotes. The marine planktonic N-fixing cyanobacteria may have diversified in the Cryogenian oceans, reflecting non-limited nitrogen condition in the contemporary oceans which could have provided hospitable environment for the non-nitrogen-fixing eukaryotes. However, only limited studies have focused on the nitrogen cycle in the Cryogenian ocean. The nitrogen isotope signals preserved in ancient sediments has the great potential to record the nitrogen cycle and marine redox environments. In this project we will conduct nitrogen isotopic analysis of the bulk samples and kerogen fractions, accompanied by iron speciation, for Datangpo formation deposited at different sedimentary facies from Yichang in Hubei, Xiangtan in Hunan and Tongren in Guozhou, South China. We aim to make a comprehensive analysis on spatio-temporal changes of nitrogen cycle in the Nanhua basin during the Cryogenian interglacial period. Also we attempt to evaluate NO3- reservoir, and to reconstruct the marine redox chemistry changes, and we will discuss how abundant supplies of nitrogen may have influenced biological evolution during the Cryogenian interglacial period.

成冰纪是海洋环境变化与真核生物演化的关键时期，这一时期具有固氮能力的浮游蓝藻细菌开始在海洋中大量分布，改变了成冰纪之前海洋中氮元素亏损的局面，为不具备固氮能力的真核生物提供了良好的营养条件，然而目前针对成冰纪海洋氮循环的研究非常有限。沉积物中的氮同位素组成是记录海洋氮循环与氧化还原环境的有效手段，本项目拟以华南湖北宜昌、湖南湘潭和贵州铜仁地区不同沉积相剖面的大塘坡组地层为研究对象，主要开展全岩以及干酪根组分的氮同位素研究，结合铁组分数据作为辅助手段，综合分析成冰纪间冰期南华盆地内氮循环的时空演化特征，评估海洋中NO3-储库的变化，恢复海洋氧化还原条件的变化，进而深入探讨海洋环境、营养元素N的供给对生物演化的重要促进作用。

成冰纪是海洋环境变化与真核生物演化的关键时期，该时期具有固氮能力的浮游蓝藻细菌开始在海洋中大量分布，改变了成冰纪之前海洋中氮元素亏损的局面，为不具备固氮能力的真核生物提供了良好的营养条件，然而目前针对成冰纪海洋氮循环的研究非常有限。本项目按计划针对华南贵州、湖南等地区不同沉积相剖面（包括贵州道沱、湖南民乐和湘潭剖面）的大塘坡组/湘锰组地层开展氮同位素和铁组分的分析工作，并计划外开展了埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期海洋碳、氮同位素的相关工作，揭示了成冰纪间冰期海洋氮循环和氧化还原状态的时空分布特征，发现了埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期海洋氧化-还原状态与动物演化的耦合关系：成冰纪间冰期氧化-还原分层海洋中有稳定存在的NO3-储库，储库规模介于中元古代和埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期之间，验证了本项目设计之初关于“成冰纪是海洋氮循环关键折转时期”的科学假设；埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期海洋NO3-储库规模和海洋氧逸度显著升高，受营养元素（氮）的影响海洋氧化还原环境呈波动变化，并与动物的辐射和灭绝事件相耦合。另外，本项目计划外针对大塘坡组底部火山凝灰岩锆石开展原位离子探针（SIMS）定年工作，定年结果显示成冰纪间冰期开始/斯图特冰期的结束年龄不晚于距今大约659Ma，该项研究可为建立成冰纪地层框架提供更可靠的依据。