用铊追踪古代海洋的氧气

大约9400万年前，许多海洋中的氧气含量急剧下降。长达60万年的窒息期导致许多海洋生物灭绝，科学家们对确切原因仍存在分歧。然而，现在美国的研究人员研究了大事件发生前大约5万年沉积岩中的铊同位素比率，并得出结论，沉积物-水柱正在逐渐缺氧。他们警告说，化肥污染和气候变化正在地球上造成类似的脱氧现象。

缺氧事件在地球历史上发生过多次。当海洋的施肥增加了植物的生命，最终产生了大量消耗氧气的细菌赖以为生的死亡有机物质时，它们就会被触发。“这是纯O型₂海洋中的损失，”地球化学家解释道Chadlin Ostrander亚利桑那州立大学和美国伍兹霍尔海洋研究所的研究人员。缺氧事件可以在富含有机质的黑色页岩矿床的地质记录中看到。

在富氧海洋中，锰主要以不溶性锰的形式存在^{4 +}，导致二氧化锰(MnO₂)沉淀到海底。然而，在缺氧的海洋中，锰主要是较易溶解的锰^{3 +}或锰^{2 +}，它们会留在水柱中。因此，原则上应该可以通过寻找MnO来监测历史水氧水平₂沉积岩中的沉积物。不幸的是，如果水变得脱氧，这些沉积物就会被清除，破坏地质记录。

然而，Ostrander和他的同事们找到了一个解决方案。当MnO₂从海水中析出，它吸附铊-优先重同位素铊-205。因此，剩余的海水富含铊-203。当更多的海洋含氧，更多的MnO₂从海水中析出，带走更多的铊-205。

研究小组研究了大西洋德梅拉拉隆起处的黑色页岩沉积物。MnO₂不会在这种高度还原的环境中沉积，但硫化铁——这是常见的——也会占用铊，没有同位素偏好。奥斯特兰德解释说:“我们以(这些)沉积物为目标，因为它们保存了海水中的铊同位素组成。海水同位素组成可以大致告诉你海底有多少比例的锰氧化物。”

研究人员观察了估计在32000年至540,000年前沉积的沉积物，并注意到在缺氧事件本身产生的较低沉积物中，铊-205的比例显著增加。这表明，早在黑色页岩沉积开始之前，锰氧化物从海水中去除铊的比例就下降了40%-80%。“这是海洋的渐进式脱氧，”奥斯特兰德说。“沉积物-水界面脱氧先于(严重的)水柱脱氧。他说，这很重要，因为化肥径流和气候变化正在导致当今海洋的渐进式脱氧，但到目前为止，还没有证据表明历史缺氧事件期间的高度还原，所谓的euxinic环境正在扩大。他总结说，不能因为我们今天没有看到紫丁香的扩张，就认为我们没有麻烦。

地层学家休Jenkyns英国牛津大学的霍金教授说，由于质谱分析技术的进步，“人们开始研究大量新的金属元素，看看它们的同位素能告诉我们什么。”“铊同位素是一个相当新颖的替代品，”他说，“他们看到了一个巨大的转变。我认为这是一项意义重大的工作。”