2026年2月13日，国际地学顶尖期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表了题为“Continental weathering and redox dynamics modulated marine phosphorus availability during the Sturtian deglaciation”的研究成果。该成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室胡军副教授的硕士生李茹茹、胡军副教授（通讯作者）、李三忠教授，加拿大阿尔伯塔大学Kurt O. Konhauser教授、李玉浩博士、秦政博士、梁雪琪博士，美国堪萨斯州立大学崔欢教授和河北工程大学董瑞博士合作完成。

磷（P）是生命所需的关键元素，被广泛认为是调控地质历史时期海洋初级生产力的限制性营养物质。作为生物地球化学循环的核心组成部分，P在调控海洋O₂水平和营养物质循环方面起着关键作用，支持了需O₂复杂生命的演化。在雪球地球等全球性极端气候事件期间，海洋中P的可利用性同样在调节初级生产力和生物地球化学循环中发挥着重要作用。

作为地球历史上最极端的气候事件之一—“雪球地球”，深刻影响了地球古环境和生命系统的演化，包含了Sturtian（约717 – 660 Ma）和Marinoan（约650 – 635 Ma）两次全球性冰期。其中，Sturtian冰期尤为特殊，其持续时间长达约5700万年，并留下了该时期独特的海相化学沉积记录—铁建造（IFs）。

南华盆地保存有完整的具全球等时性Sturtian冰期沉积记录，其中赋存典型的Sturtian冰期IFs（图1）。研究表明，三江、通道和新余IFs（其中三江和通道IFs位于相对较深的位置，而新余IFs更靠近古大陆边缘，处于较浅的位置，图1），均含有丰富的自形-半自形碳氟磷灰石（CFA）。这些CFA主要分布在富铁矿物条带中，通常与磁铁矿和富锰碳酸盐矿物共生，并可见条带状展布的特征（图2）。作为海洋中主要的P汇，CFA为研究Sturtian冰期P的生物地球化学循环、古海水化学组成及古海洋环境演化提供了关键的窗口。

基于此，该研究开展了IFs全岩和磷灰石原位地球化学分析，包括：

l IFs全岩P/Fe₍₁₀₀₎值——指示古海水中P的浓度；

l 磷灰石原位稀土元素和钇（REY）地球化学特征——指示古海水化学组成和氧化还原状态；

l 磷灰石原位Sr同位素地球化学特征——指示大陆风化对海水中P的影响。

获得了规律性变化的地球化学特征和趋势如下：

l 新余IF全岩显示出最高的P/Fe₍₁₀₀₎值，Sturtian冰期发育的全球IFs全岩P/Fe₍₁₀₀₎ 值比太古宙-古元古代IFs展示出明显高的特征（图3）；

l 从通道经江口至新余IFs，磷灰石的Eu/Eu^*_PAAS和Pr/Yb_PAAS值呈现逐渐降低的趋势，而Y/Ho比值呈现逐渐升高的趋势，磷灰石的Ce/Ce^*_PAAS值普遍显示出负异常到正异常的变化特征，在新余IF中体现得尤为明显，此外，新余IF磷灰石也显示出最高的Mn含量和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（图4和图5）；

l 磷灰石的REY指标之间也显示出较为显著的相关性，比如MnO含量与Y/Ho比值呈正相关；Eu/Eu^*_PAAS值与∑REE、Pr/Yb_PAAS值呈正相关，与Y/Ho比值呈负相关；Y/Ho比值与∑REE、Pr/Yb_PAAS值呈负相关等。

基于上述地质-地球化学特征，得到以下主要结论（图6）：

l 南华盆地IFs形成于Sturtian冰川消退阶段，其沉积水体中的REY受热液流体和大陆风化物质的约束。热液流体对REY的贡献从通道经江口至新余IFs逐渐减少，而大陆风化物质的贡献逐渐增加，且在新余地区，REY在水体中的循环最为充分；

l P和Sr主要来自大陆风化物质的贡献，并且自通道经江口至新余IFs的贡献逐渐增加，这与新余IF靠近古大陆边缘的古地理位置相吻合；

l 南华盆地Sturtian冰消期的IFs沉积水体表现出上层氧化、下层缺氧富Fe²⁺的二元结构。大陆风化输入到海洋中的P、REY和Sr，在上层富氧水体中被吸附到Fe(OH)₃和MnO₂颗粒上，随着这些颗粒穿过氧化还原界面进入下层缺氧水体时，Fe(OH)₃和MnO₂在还原溶解过程中释放出P、REY和Sr，进入到缺氧水体和孔隙水中。部分释放的P以自生CFA的形式沉淀，且吸附了P、REY和Sr；另一部分P可能通过海洋环流上涌至上层水柱中，增加海洋表层的生物可用P浓度，从而刺激初级生产力和光合作用产O₂，并促进富O₂表层水体的扩展；

l Sturtian冰消期的Fe–Mn–P循环过程可能对雪球地球时期生态系统的维持起到了作用。研究结果强调了在极端气候背景下，大陆风化、氧化还原动态演化、营养物质循环以及生物圈演化的复杂耦合关系。

 图1 南华盆地Sturtian 冰消期IFs的古地理背景、地层框架和空间分布特征

  图2 通道、江口和新余IFs富含磷灰石代表性样品的矿物组合和显微结构特征

 图3 地质历史时期前寒武纪IFs和显生宙富铁化学沉积岩的全岩P/Fe₍₁₀₀₎比值特征

  图4 通道、江口和新余IFs磷灰石原位Mn和REY成分变化特征

 图5 通道、江口和新余IFs磷灰石原位Sr含量和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化特征

 图6 南华盆地Sturtian冰消期IFs中磷灰石成因和Fe-Mn-P循环示意图

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及泰山学者计划等项目的资助。

论文信息：Li, R., Hu, J^*., Li, S., Li, Y., Qin, Z., Dong, R., Cui, H., Liang, X., Konhauser, K.O., 2026. Continental weathering and redox dynamics modulated marine phosphorus availability during the Sturtian deglaciation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 418C, 179-197.  

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.02.012.