地球大氣的自由氧濃度在第一次大氧化事件（GOE，約25億年前）期間永久性地上升至10^-5倍現(xiàn)代大氣水平。而地質(zhì)記錄表明，在大氧化事件之前，太古代大陸地表已發(fā)生局部的氧化風(fēng)化，這是如何發(fā)生的？氧化劑從何而來？迄今為止，仍是未解之謎。

　　為了探尋太古代具有重要地質(zhì)意義的氧化劑來源，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員何宏平團(tuán)隊(duì)基于前期發(fā)現(xiàn)的石英表面自由基與水反應(yīng)產(chǎn)生氧氣（O₂）和過氧化氫（H₂O₂）等活性氧（ROS）的機(jī)制，選取了島狀、環(huán)狀、鏈狀、層狀和架狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，開展了太古代物理風(fēng)化環(huán)境下礦物-水界面作用的模擬研究。研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)硅酸鹽礦物經(jīng)機(jī)械磨蝕后均可產(chǎn)生ROS，架狀結(jié)構(gòu)礦物（長石和石英）中Si–O鍵均裂更易形成自由基(SiO 和SiOO )，其ROS產(chǎn)量顯著高于橄欖石、輝石等具低聚合度硅氧骨架的礦物（圖1）。該研究通過大數(shù)據(jù)匯編分析發(fā)現(xiàn)，在太古代時期，大陸地殼物理風(fēng)化導(dǎo)致的ROS產(chǎn)量隨地殼SiO₂含量的升高和構(gòu)造運(yùn)動的增強(qiáng)而顯著增加（圖2）。

　　研究提出，超級山脈的物理風(fēng)化可構(gòu)成中太古代的“產(chǎn)氧工廠”（圖3）。當(dāng)時大陸上的礦物機(jī)械化學(xué)產(chǎn)氧通量達(dá)到1.73 10⁸~1.17 10⁹ mol yr^-1，并隨著大陸地殼的生長和長英質(zhì)化而漸進(jìn)增加，這足以引發(fā)太古代局部氧化風(fēng)化事件。礦物機(jī)械化學(xué)氧化劑產(chǎn)量的時空變化本質(zhì)上是地表環(huán)境對地球深部過程的響應(yīng)，活性氧的氧化作用驅(qū)使大量營養(yǎng)元素遷移至太古代海洋，促進(jìn)早期海洋生產(chǎn)力的興盛，這一過程驅(qū)動了巖石圈-生物圈的協(xié)同演化。　　　

　　4月21日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《通訊-地球與環(huán)境》（Communications Earth & Environments）上。研究工作得到國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的支持。

　　論文鏈接

　　

　　圖1.硅酸鹽礦物ROS產(chǎn)量與結(jié)構(gòu)關(guān)系

　　

　　圖2.地球大陸演化過程中大陸地殼產(chǎn)生ROS能力的變化

　　

　　圖3.太古代造山侵蝕過程產(chǎn)生ROS的示意圖