近日，中國科學院地球化學研究所、德國慕尼黑大學、美國弗吉尼亞理工大學、美國馬里蘭大學、美國北卡羅來納大學、美國內華達大學等的科研人員，利用鋰同位素分析結合質量平衡模型，探討了馬林諾雪球地球事件結束后約6.35億年間海洋化學的演化過程。這一研究對古海洋鋰同位素變化提出了新理解，支持了冰期結束后海洋“羽狀分層”假說。相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

馬林諾雪球地球事件發生在新元古代（約6.45億至6.35億年前），是地球歷史上最嚴酷的冰期之一。當時，地球表面幾乎完全被凍結，海洋表層被厚厚的冰層覆蓋。根據雪球地球假說，極端的冰凍氣候抑制了大陸化學風化過程，減少了淡水和營養物質流入海洋。而當冰期在6.35億年前結束時，大規模的大陸冰川融化，使得大量淡水注入海洋，形成漂浮在咸水之上的“淡水羽”。這一現象被稱為海洋的“羽狀分層”。“羽狀分層”改變了海洋的鹽度和化學結構，重塑了地球的氣候和生態環境。

為了驗證這一假說，該團隊分析了華南埃迪卡拉系陡山沱組蓋帽白云巖中的鋰同位素數據。這些數據覆蓋近岸到遠海多個剖面的沉積相。陡山沱組蓋帽白云巖沉積在雪球事件結束的關鍵時間，記錄了雪球事件結束時的海洋化學變化。研究發現，陡山沱組蓋帽白云巖在近岸地區的鋰同位素值（δ⁷Li）高于遠海地區，而這一趨勢與現代海洋的鋰同位素值變化趨勢相反。同時，陡山沱組蓋帽白云巖的鋰同位素數據表明，冰期結束時海水的鋰同位素值可能只有13‰，低于現代海水的31‰。為了檢驗冰期過程中海水的鋰同位素值能否從31‰演變到13‰，該團隊采用質量平衡模型模擬了雪球地球期間的冰蓋海洋中鋰同位素的演化過程。通過調節河流輸入通量、低溫蝕變以及自生粘土礦物的同位素分餾效應，該團隊模擬了雪球地球后海水中δ⁷Li值從31‰下降至約13‰的過程。

質量平衡模型顯示，當雪球地球期間河流輸入接近0且自生粘土礦物形成的同位素分餾效應受限時，海水鋰同位素值在約7百萬至8百萬年間可從31‰下降至約13‰。這一鋰同位素演化反映了大陸風化過程在冰期期間的極度削弱以及海底強烈反風化作用對海水鋰同位素的主導影響。進一步的研究顯示，隨著雪球地球的終結，大陸融冰水具有更高的δ⁷Li值，在表層冰融淡水與底層高鹽海水之間形成顯著的密度和鋰同位素梯度，支持了海洋“羽狀分層”假說。

該研究通過高分辨率的鋰同位素分析與質量平衡模型，提供了雪球地球結束后古海洋鋰同位素演化的證據；驗證了海洋“羽狀分層”假說，揭示了新元古代晚期大陸風化與海底反風化的復雜的相互作用。同時，這一研究提升了科學家對極端氣候條件下古地球系統演化的認知，為古海洋化學研究提供了方法論參考。

研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

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馬里諾安雪球地球事件后陡山沱組蓋層白云巖的鋰同位素數據與沉積環境示意圖