原文来源：Blichert-ToftJ, Konhauser K, Coutret B, et al.,2025. Volcanic forcing of the Lomagundi–Jatuli carbon isotope excursion. PNAS, 122 (49) , e2519431122.
https://doi.org/10.1073/pnas.2519431122 (2025).
科学背景与研究目标
洛马贡迪—贾图利事件（Lomagundi–Jatuli Event，简称LJE）是地球历史上最为显著且持续时间最长的碳同位素正偏事件，发生于距今约22.2亿年的大氧化事件（GOE）和休伦（Huronian）冰期之后，标志着地球碳循环的一次重大转变。然而，目前对该事件的认识仍存在以下主要不足：
（1）LJE的精确起始时间与持续时间尚不明确。已有研究显示其起始最可靠的年龄为2209.6±3.5 Ma，并于约2106±8 Ma结束，部分证据表明可能延续至2056 Ma。然而，现有时间约束仍较为宽泛，这限制了对LJE本身性质的理解——它究竟是独立的碳同位素异常事件，还是与更广泛的构造活动及地球化学演化（包括GOE）相关联的组成部分？精确的年代框架对于澄清这一问题至关重要。
（2）LJE碳同位素正偏的成因机制仍存在争议。目前主要存在两种假说：一种认为正偏源于有机碳埋藏大幅增加，伴随的氧释放促进了大气的氧化；另一种则强调微生物活动利用埋藏有机碳产生富集轻碳的甲烷，导致残余沉积物中 δ¹³C升高。此外，近期有研究提出质疑，认为碳酸盐岩沉积相的变化可能掩盖全球碳循环信号，即观测到的 δ¹³C异常或许主要反映局部沉积环境的影响。
为此，本研究设定以下三个核心目标：（1）通过获取高精度年代学数据，更严格限定 LJE 的起始时间与持续时间；（2）提供同位素地球化学证据，支持大火成岩省火山活动作为驱动 LJE 的主要机制；（3）评估大火成岩省火山作用对元古代碳循环及海水碳酸盐系统缓冲能力的地球化学影响。
科学内涵
研究思路：精确的年代学研究依赖于完整的地质记录和可靠的分析方法。为此，本研究选取加蓬东南部的弗朗什维尔群（Francevilian Group）作为研究对象（图1）。该群自下而上分为FA至FE五个组，其中保存了LJE时期良好的沉积序列。本研究以FB组中保存完好的透镜状样品为重点，首先使用6M蒸馏盐酸对样品进行浸出处理，以去除潜在污染物并减少同位素干扰；随后采用高精度多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）测定样品的铅同位素组成，并据此进行Pb–Pb等时线定年。除上述实验分析外，本研究还系统整理了前人的δ13C与δ18O记录，并进一步估算了LJE期间由大火成岩省火山活动输入系统的碳通量，进而探讨其对LJE碳同位素记录、地球系统演变以及早期生命起源的可能影响。
图1 弗朗什维尔群黑色页岩、透镜体的露头照片和抛光片照片。这些样品为本研究的分析对象。（A和B）加蓬Moulende采石场露头的原位透镜体（层理面视图）。水平层状黑色页岩与含有透镜体的薄层粉砂岩互层（黑色箭头指示透镜体）。（B）是（A）的特写。（C和D）嵌入在黑色页岩中的透镜体样品。（E–K）从黑色页岩中挖掘出的透镜体。除F2代表F1的底面外，所有透镜体均从顶部拍摄。透镜体的整体形态呈透镜状（因此得名“透镜体”），主要为椭圆形至圆形轮廓，显示出独特的边缘（B–D、F和K）和/或中央凸起（旋钮状）（C、F1、J和K）。在某些情况下，圆形轮廓内保留着一个圆形的突起（G、I和K）。所有白色比例尺均为2 cm。
核心发现1：Pb–Pb等时线年龄显示FB组的年龄为2194±5 Ma（图2），对比其间接年龄约束N’goutou浅成杂岩体的Pb–Pb年龄2191±13 Ma，该研究得出了FB组可靠的年龄界定。这个时间表明，FB组与持续时间为2.27 Ga至1.96 Ga间的Birimian–Eburnean造山运动相吻合，该事件代表了西非和圭亚那幼年地壳的形成。因此，LJE与地球早期的构造运动可能存在潜在关联。
图2 弗朗什维尔序列FB组中盐酸浸出透镜体和围岩黑色页岩的铅同位素反等时线图。原始数据集通过反映测量协方差矩阵的正态随机偏差（统计学意义上）进行扰动，并通过平均30000次蒙特卡罗模拟计算年龄（插图）。十字叉代表Gauthier-Lafaye等人发表的浸出黑色页岩的铅同位素数据。Gauthier-Lafaye等人数据与本研究数据的差异（相对于等时线的偏移）反映了过去几十年中铅同位素参考值的演变，这是源自越来越准确和精确的同位素测量能力（特别是三重尖峰TIMS和MC-ICP-MS）。请注意与Gauthier-Lafaye等人测量的小范围相比，本样品的铅同位素组成范围很大。蓝色线段表示由于铅化合物之间或Pb(II)和Pb(IV)之间的自然和分析过程引起的±1‰（每质量单位）质量相关同位素分馏。年龄的不确定性是在乘以MSWD1⁄2之前给出的。等时线的R2为0.9999。
核心发现2：首次发现了古元古代δ13C和δ18O记录中的密度双峰性，最高的δ13C值与最低的δ18O值相吻合（图3）。在LJE期间，δ13C仍保持着强烈的双峰状态，峰值分别为0‰和+9‰。这些结果反驳了海水和碳酸盐岩沉积相对于δ13C值的影响（图4）。同时，LJE期间不存在冰川作用，并且甲烷生成作用驱动数亿年的碳同位素系统可能性不大。这个关联可能与多尔效应的转变有关，海洋与大陆碳酸盐岩的同位素偏移随着陆地生命的扩张而增加，同时大量火山CO2排放进一步改变了氧气的产生、消耗与混合，扰乱了当时地球的氧循环。
图3 碳酸盐中δ18O和δ13C的二维密度图。仅考虑Hodgskiss数据库中绿片岩相或更低变质等级的数据。Hodgskiss 观察到的δ13C双峰性也存在于δ18O中。LJE高的δ13C值对应低的δ18O。
图4 从GOE （~2420 Ma）到1900 Ma的不同时间切片中碳酸盐岩δ13C的直方图。数据来源于Hodgskiss的数据库，并已根据变质等级进行了筛选。每个样本i都通过检查T是否落在报告的最小和最大年龄范围内进行评估。具体来说，研究者评估了[min (Ti)−T]×[max (Ti−T]的符号，排除了结果为正的样本。这些年龄限制的不确定性影响可忽略不计。颜色的使用仅用于增强可读性，不具有任何特定的内在含义。
核心发现3：Birimian大火成岩省火山活动与LJE存在联系。Birimian大火成岩省火山活动向大气和海洋排放了大量幔源的CO2，δ13C值为-5‰至-7‰，并产生了两种主要影响：引起大规模海水酸化和增强新生成地壳的化学风化。根据估算，Birimian-Eburnean造山运动部分熔融可以产生约106Pg的碳，这个值显著高于现代海洋溶解无机碳（38000 Pg）和大气碳含量（900 Pg）。考虑海洋缓冲效应和河流通量对二氧化碳的消耗作用后，研究认为封存这些火山碳需要至少155 Ma（30%以有机碳形式埋藏）或220 Ma，而这两者的时间尺度均能与LJE的持续时间相符（128±9.4 Ma至249±9 Ma）。理论计算表明，碳酸盐中δ13C值的升高同样是高二氧化碳浓度、低碱度状态的信号。
综上，与LJE相关的Birimian–Eburnean造山运动对早期生命十分重要，并从以下四个方面塑造了地球表面环境：（1）增强由黄铁矿氧化的风化作用；（2）增加营养物质的输送和海洋碱度；（3）导致径流引起海洋化学变化；（4）创造局部营养富集环境以利于早期真核生命出现。
启示意义
启示一：原始数据的重新审视与深度挖掘是催生新认识的关键。本研究相当一部分工作建立在对已有文献数据的系统梳理之上，并创造性地识别出古元古代δ¹³C和δ¹⁸O记录中存在的“密度双峰”结构。这一发现为评估沉积相对碳同位素信号的影响、判别LJE的全球性或局部性以及追溯δ¹³C异常的真实来源提供了重要依据。这提示我们，在回顾前人研究时，尤其对那些包含丰富数据的工作，对其进行再发掘与再分析，往往能够获得支撑新观点的有力证据，从而引领认识走向深入。
启示二：多圈层耦合视角是解析重大地质事件驱动机制的重要途径。本研究突破了以往单一、片段化的解释框架，将地球深部过程（如大火成岩省火山活动）与地表环境演变有机联系，体现了“深部—表层”协同演化的系统思维。为验证这一关联，研究综合运用高精度年代学、地球化学分析与理论模拟等多学科方法，通过交叉印证构建了完整的证据链。这表明，整合地球深部动力学与表层系统响应，已成为揭示早期地球极端环境事件背后复杂驱动力的一种有效研究范式，也为地球生物学等相关领域提供了新的突破方向。
——解译人：韦振晟、陈中强
——责任编辑：叶琴
