新元古代海相碳酸鹽巖反復(fù)出現(xiàn)顯著δ13C負(fù)偏現(xiàn)象，其中最顯著的是埃迪卡拉紀(jì)Shuram負(fù)偏 (δ13C =-12‰)(簡(jiǎn)稱SE, Shuram Excursion)[1]。同位素定年研究結(jié)果表明SE事件持續(xù)時(shí)間不超過6.7 ± 5.6 Ma[2]。SE通常被認(rèn)為是溶解有機(jī)質(zhì)氧化、成巖或自生沉淀作用的結(jié)果，主要是因?yàn)榈蜏鼗瘜W(xué)沉積作用使碳酸鹽產(chǎn)生δ13C負(fù)偏需要虧損13C有機(jī)質(zhì)或富烴流體參與。目前這些模型面臨兩方面挑戰(zhàn)：一是需要巨量的氧來平衡廣泛的氧化作用，二是需要大量虧損13C物質(zhì)的持續(xù)輸入。值得注意的是，由于二氧化碳在高溫條件下比碳酸鹽更富集13C[3]，碳酸鹽巖在俯沖帶發(fā)生脫碳反應(yīng)會(huì)釋放具有高δ13C的CO2，而殘余碳酸鹽則以虧損13C為特征。這為我們破譯碳酸鹽δ13C負(fù)偏成因提供了新線索，即新元古代SE事件可能與高溫過程有關(guān)。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)劉勇勝等人發(fā)現(xiàn)華南九龍灣剖面陡山沱組SE地層的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征與巖漿作用有關(guān)[4](圖1)。具體包括，(1)不同于SE之前地層中的石英(普遍被磨蝕，δ18O變化大，-10‰ ~ -23‰)，SE地層中的石英自形、未磨蝕，δ18OVPDB值(-8.0‰ ± 1.4‰，2SD)和碳酸鹽(-4.8‰ ~ -6.8‰)接近，表明SE地層中的石英可能是原位、高溫結(jié)晶形成;(2)SE地層中的鐵白云石、長(zhǎng)石、碳硅石和自形石英等礦物組合與高溫作用一致;(3)SE之前和之后的地層具有顯著負(fù)Ce異常，且與δ18O正相關(guān)，反映氧逸度變化的影響;相反，SE地層負(fù)Ce異常不顯著，且?guī)缀醪浑Sδ18O變化，表明新元古代氧化事件發(fā)生在SE之前;(4)SE地層的微量元素和C-O同位素組成與碳酸鹽巖在俯沖作用中發(fā)生脫碳反應(yīng)和熔融形成的再循環(huán)碳酸巖一致。上述現(xiàn)象表明SE可能與古老碳酸鹽巖在俯沖帶發(fā)生脫碳反應(yīng)和熔融作用有關(guān)，δ13C負(fù)偏地層可能形成于再循環(huán)碳酸巖火山灰沉積作用。
劉勇勝等人提出SE事件可以用再循環(huán)碳酸巖火山沉積模型來解釋，即碳酸鹽巖在俯沖帶發(fā)生脫碳、熔融與噴發(fā)再沉積模型(圖2)。新元古代Rodinia超大陸裂解一方面導(dǎo)致地表徑流增加和大規(guī)模玄武巖噴發(fā)，促進(jìn)巨量沉積碳酸鹽形成;另一方面板塊邊界總長(zhǎng)度增加使板塊俯沖規(guī)模增大，顯著增加了碳酸鹽巖俯沖的數(shù)量。碳酸鹽巖在淺俯沖帶難以熔融，但可以發(fā)生脫碳反應(yīng)并引起顯著的碳同位素分餾。因此，板塊俯沖過程中持續(xù)的碳酸鹽底辟作用可能導(dǎo)致巖石圈地幔中形成負(fù)δ13C碳酸鹽層(圖2)。一旦構(gòu)造環(huán)境從俯沖相關(guān)的擠壓階段轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺闺A段，軟流圈上涌就可能觸發(fā)碳酸鹽層發(fā)生大規(guī)模熔融和火山噴發(fā)，快速形成負(fù)δ13C碳酸巖火山灰沉積層。上述再循環(huán)碳酸巖火山沉積模型為深部和淺部碳循環(huán)作用建立了聯(lián)系。
