地球上大气圈和岩石圈、水圈和生物圈是密切相连的，因此了解大气组成在地球发展过程中的变化对于研究地球系统的演变历史来说至关重要。通过解析保存在岩石和矿物中的信息，我们可以追溯岩石圈和水圈的演变历史。地质学家可以通过研究沉积物、化石记录，以及建立地球化学模型来估计地质历史中大气二氧化碳、氧气或者甲烷的浓度。但是由于缺少直接的记录，我们至今对于大气圈演化的了解仍相对缺乏。

 

5月22日出版的国际著名《自然》（Nature）杂志发表了由中科院南京地质古生物研究所客座研究员、美国路易斯安那州立大学鲍惠铭博士和美国地球物理和行星物理研究所Lyons博士以及中科院南京地质古生物研究所周传明研究员合作完成的题为“三种氧同位素证实新元古代冰期之后的高CO₂大气浓度”的研究成果。该研究通过测定在古老蒸发岩和重晶石中硫酸根的三种氧同位素（¹⁸O、¹⁷O和¹⁶O）的组成，发现¹⁷O同位素有明显的负异常，并在过去7.5亿年以来这一负异常有变化。这是在地球岩石中首次发现¹⁷O负异常。更重要的是鲍惠铭等把这一异常值解释为古代大气中氧气的信号，反映了古代大气中二氧化碳分压的变化。已获得的研究数据表明，二氧化碳分压在寒武纪早期相对较高，这和以前的模型结果是一致的。最值得注意的是Marinoan冰期盖帽碳酸盐中(约6.35亿年以前)的重晶石存在非常高的¹⁷O同位素负异常峰值（大约-0.70‰），显示在紧接着冰期结束之后，大气二氧化碳分压达到过去7.5亿年以来的最高值。这一推论是和“雪球地球”假说以及冰期之后大规模甲烷释放的假说是一致的。

 

本项研究得到国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院和美国自然科学基金委员会、LSU、NASA的资助。（来源：中科院南京地质古生物研究所）