古代大气中的氧气与海洋铬一起

金属铬及其化合物通常用于珠宝，汽车零件，颜料和工业化学反应中，由于其颜色，表面处理以及防腐和催化性能而经常使用。目前，麻省理工学院和伍兹霍尔海洋学研究所(WHOI)的地球学家和古海洋学家正在寻求对该清单添加另一种用途：作为一种检查古地球海洋和大气层中保存的海床古记录中化学变化的方法。更具体地说，他们想重建始于约24亿年前的大气中氧气含量的上升及其对海洋的影响。由于生物学和环境紧密地交织在一起，因此这些信息可以帮助阐明地球的生命和气候如何演变。

尽管研究人员已广泛使用铬作为了解这一全球过渡过程中岩石记录的工具，但他们仍在研究不同化学信号的含义。对于评估海洋沉积物尤其如此，它可以揭示氧气在何时何处开始渗透并在海洋中形成。然而，直到现在，古生物学家仍对微量的铬在现代的含氧海域中如何以机械方式相互作用和循环的知识缺乏了解，更不用说早期的海洋了-这是任何解释所需要的关键组成部分-直到现在。

最近发表在《国家科学院院刊》上的研究，由麻省理工学院-伍兹霍尔海洋研究所合计划研究生黄天一领导，研究了痕量金属作为氧气的古过氧化物的前景。为此，研究小组追踪了对氧敏感的铬同位素的循环方式，以及如何在热带太平洋中缺氧的水域中对氧敏感的铬同位素进行化学氧化或还原，这是早期厌氧海的类似物。他们的发现有助于验证铬的追踪是地质工具箱中可靠的工具。

“人们已经看到，地质记录中的铬同位素可以追踪大气中的氧气水平。但是，由于您使用的是沉积物中沉积的东西来解释大气中发生的事情，因此两者之间存在缺失的系，那就是海洋。”黄仁勋说。此外，“铬循环如何改变我们对地质记录的解释。”

麻省理工学院地球，大气与行星科学系(EAPS)海洋地球化学教授埃德·博伊尔(Ed Boyle)表示：“地球上氧气的释放仅是一种粗略的方式，但对复杂的多细胞生命的发展和生存至关重要。” ); 麻省理工学院-世界卫生组织合计划主任;和研究合著者，西蒙妮·莫斯(Simone Moos)博士。'Elementar Corporation的'18。“此外，人们对过去几十年来海洋中海洋氧气水平不断下降的关注仍在持续，我们需要工具来更好地了解海洋的氧气动力学。”

缩小差距

数十亿年前，当地球及其大气层基本上没有分子氧(O2)时，化学反应和生物代谢将在化学还原的厌氧环境中发生。在发生了数百万年的大氧化事件中，全行星范围内的氧气水平上升，生命也相应地发生了转变。此外，环境在很大程度上变成了一种氧化环境，从而应对了诸如生锈和自由基之类的应力过程。

一些证据表明，涉及铬的化学反应通过影响其同位素铬52和铬53以及它们的氧化态(主要是三价还原形式的Cr(III)和六价氧化的一种Cr)来跟踪此过程。 VI)。后者更可能存在于含氧的表层海水中，被认为对健康和环境有害。先前的研究表明，上层海洋的同位素比浅层海洋的同位素更重，这表明海洋微生物会优先吸收某些同位素。Huang指出，问题在于，铬从河流进入海洋后，科学家们才真正不知道这些观察结果背后的机理以及趋势是否一致。她说，在当今缺氧的水中，“铬有可能被还原，

为了研究这些现象，Huang参加了两次研究航行，前往北太平洋东部热带地区的缺氧区(ODZ)，并收集了距海面3500米以下的海水样品的垂直剖面。这些海水样品中的一些被冷冻，以分析三价铬和六价铬的浓度。运回实验室后，将这些样品解冻并纯化。该小组分析了Cr(III)样品的同位素组成。然后，在进行与以前相同的同位素分析之前，他们酸化了Cr(VI)样品，将其转换为Cr(III)。研究人员还测量了样品中的总铬，以能够解释ODZ内的任何化学转化或迁移。加上其他巡洋舰博伊尔，穆斯的数据后，

铬循环的基本事实

海洋学家发现了一个图案。在表面充氧的海洋中，可能由于微生物生命而消耗了六价铬，并更深地运输到ODZ中。在200米大关附近，金属开始在海水中积累，并且较轻的同位素铬-52被优先还原。该深度恰好与产生亚硝酸盐的厌氧，反硝化微生物相吻合。黄说，这可能表明氮和铬的循环相互纠缠，但这并不排除其他生物或非生物机制(如铁还原)可能会影响海洋沉积物记录。

不过，铬不会永远留在这里。尽管数据显示，大部分空气停留在缺氧区，从90米延伸到800米，持续了20到50年，但其中一小部分附着在下沉的颗粒上，沉入深海，那里溶解的氧气更多。 ，然后氧化回六价铬。在这里，它可以开始吸收沉积物并与之相互作用。

Huang说：“我们能够确定铬的[氧化]种类令人兴奋，并由此可以计算出其铬的同位素分馏。” “以前没有人以这种方式做到这一点。”

Huang说，他们的工作有助于验证铬作为不同氧化还原环境的指标。“我们正在看到这个信号，并且它并没有消失。” 此外，在各个季节中似乎保持一致。但是，团队尚未说服。他们计划在世界其他缺氧地区进行测试，以查看是否出现类似的铬信号，并研究带有三价铬的沉没颗粒的成分和海洋沉积物表面，从而获得更全面地了解海洋的参与情况。

目前，他们不建议得出结论，但对它的潜力持谨慎乐观的态度。Huang说：“我认为人们需要更加谨慎地解释这个代理人。” “可能不是纯粹依靠大气中的氧气来确定测量结果，但是海洋中可能还有其他(生物或非生物)过程可能会改变其古记录。” 因此，他们建议不要过多地读取古记录中的铬信号。

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