近日《自然》期刊发表文章，分析了巴西某一沉积岩中的氮同位素组成，发现了异常高的氮
同位素
富集现象，平均值达到28‰，部分样本甚至超过30‰。
研究
认为在27亿年前，海洋中已存在微量氧气，足以驱动铵氧化成氮气、一氧化二氮或亚硝酸盐，导致剩余铵的氮
同位素
富集，并最终记录在沉积岩中。
研究人员提出将28-26亿年前这段沉积岩中普遍存在氮
同位素
异常富集的时期命名为“氮同位素事件”。
该事件
标志着
导致大氧化事件的生物地球化学重组的最早步骤。
地球大气中的氧气并非一开始就存在，而是在约24.5亿年前的“大氧化事件”
（Great Oxidation Event, GOE）
期间开始逐渐积累。
大氧化事件
是地球历史上最重要的环境变化事件，深刻影响了地球生命的演化。
大氧化事件
期间氧气产生的确切机制一直存在争议，是科学界关注的焦点。
沉积岩中的氮同位素组成 (
δ
15
N
) 可以反映古代海洋和湖泊的氧化还原状态以及氮循环的演化过程，是研究地球早期氧合作用的重要指标。
以往研究发现，
大氧化事件
期间的沉积岩
δ
15
N
记录没有明显变化，这表明早期氧气产生和大气氧气积累之间可能存在时间上的脱节。
研究发现，在28-26亿年前的沉积岩中，
δ
15
N
值普遍高于其他时期，这种现象被称为“氮同位素事件”
（Nitrogen Isotope Event, NIE）
。
“氮同位素事件”
的成因存在多种解释，包括变质作用，外星物质的影响，以及特定环境下的氨挥发等，但都存在局限性，无法完全解释NIE现象。
为了深入研究
“氮同位素事件”
的成因，研究人员选择分析了巴西塞拉苏尔组
（Serra Sul Formation）
沉积岩样本的
δ
15
N
，
并结合其沉积环境和地质年代，对
“
氮同位素事件”
的成因进行更深入的探讨，并尝试解释早期氧气产生和氮循环演化之间的关系。
塞拉苏尔组形成于约26.84-26.27亿年前，其沉积环境代表了从浅海到深海的过渡。
研究结果显示，塞拉苏尔组沉积岩中的
δ
15
N
值异常高，平均值达到+28‰，部分样本甚至超过+30‰
， 与该时期其他地区相比明显偏高
。
研究人员通过分析排除了变质作用、外星物质以及高pH环境下的氨挥发等因素对塞拉苏尔组沉积岩
δ
15
N
值的显著影响，认为这些因素无法完全解释观测到的异常高
δ
15
N
值现象。
基于上述分析，塞拉苏尔组沉积岩中异常高的
δ
15
N
值最合理的解释是：
在当时海洋中存在微量的氧气，
足以驱动铵氧化为氮气（N
2
）、一氧化二氮（N
2
O）或亚硝酸盐（NO
2
−
）的氧化过程。
这些氧化过程会导致剩余的铵(NH
4
+
) 发生
15
N
富集，并最终记录在沉积岩中。
基于塞拉苏尔组和其他地区28-26亿年前沉积岩中普遍存在的
δ
15
N
异常高值现象，研究人员提出将这一时期命名为“氮同位素事件”(NIE)，并认为
“氮同位素事件”
是地球早期从无氧状态向有氧状态转变的关键过渡阶段。
这项研究表明，在地球大气中积累大量氧气之前，海洋中可能已经存在微量的氧气，并且这种微量氧气足以驱动氮循环发生重大变化。
这表明
“氮同位素事件”
可能是
“
大氧化事件”
的前奏，是地球从无氧状态向有氧状态转变的关键过渡阶段。
论文信息：
Pellerin, A., Thomazo, C., Ader, M.
et al.
Neoarchaean oxygen-based nitrogen cycle en route to the Great Oxidation Event.
Nature
633
, 365–370 (2024)
