山東科技大學(xué)專業(yè)英語(yǔ)

1、沉積期錳的成礦作用對(duì)地球系統(tǒng)進(jìn)化的響應(yīng)摘要：錳在溶解狀態(tài)的濃度和它的沉淀物在無(wú)機(jī)系統(tǒng)中是受氧化還原作用控制的，并且受一些與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的地質(zhì)過(guò)程所支配。在早太古代的水-氣系統(tǒng)處于完全的缺氧狀態(tài)。因此，在缺氧的海洋中，高溫地幔熔流產(chǎn)生超級(jí)地幔柱，向外劇烈釋放氣體和高溫?zé)嵋翰a(chǎn)生大量的不能被沉淀的二價(jià)錳離子。在晚太古代（2.75Ga）,光合體系的產(chǎn)生和氧氣減少導(dǎo)致局部地區(qū)氧氣表面含量的增加，錳開(kāi)始在盆地邊緣的充氧環(huán)境中沉積下來(lái)（例如，印度和巴西）。有機(jī)質(zhì)快速的被埋藏，還原性氣體的減少和氧化性物質(zhì)的日益增多以及光合作用產(chǎn)生的氧的增加標(biāo)志著太古宙和元古宙的過(guò)渡。同時(shí)，應(yīng)該把大氣中二氧化碳的大量減少歸結(jié)

2、于風(fēng)化作用程度的增強(qiáng)。南非Transvaal群組中的錳沉積是由熱液中析出的Mn2+發(fā)生氧化作用而形成，并且在海侵作用下從分層的海水中遷移到大陸架上來(lái)。24至20.6億年間，有機(jī)質(zhì)的埋藏比率的不斷增加與海水分層及大氣中氧氣的含量增加有關(guān)。西非Birimian層序是以黑色頁(yè)巖為主的錳的碳酸鹽巖。在Rodinia超級(jí)大陸，構(gòu)造的被迫隆起，高出水面地區(qū)的衰減和獨(dú)立的增加引起硅酸鹽巖風(fēng)化作用的增強(qiáng)和大氣中二氧化碳的減少，從而導(dǎo)致冰川作用的發(fā)生。構(gòu)造斷裂和地幔脫氣導(dǎo)致冰川消退，冰退時(shí)期的海侵作用使得溶解的Mn2+和 Fe2+從被冰覆蓋的鹽度較高的海水中富集到淺灘陸架之上。在Sturtian冰期間冰期期間，

3、納米比亞，Damara層序中氧化錳和BIF沉積互為間層形成。南中國(guó)，大塘坡層序中包含黑色頁(yè)巖碳酸錳沉積。在中國(guó)，早古生代冰川型海平面的變化使得在天臺(tái)山和桃江黑色頁(yè)巖層序中沉積了小型的錳碳酸鹽，而在哈薩克斯坦的Karadzhal中有大型的錳碳酸鹽。中生代強(qiáng)烈的板塊運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)造成了溫室氣候和海洋分層。在歐洲早侏羅紀(jì)時(shí)期，黑色頁(yè)巖層序中，富含有機(jī)質(zhì)的沉積物主要是一些錳碳酸鹽巖沉積。在墨西哥molango，晚侏羅紀(jì)巨大的碳酸錳沉積與海平面的變化有關(guān)。碳酸錳來(lái)源于成巖作用早期的氫氧化錳。澳大利亞的格魯特島和摩洛哥的Imini-Tasdremt的白堊紀(jì)大型的氧化錳沉積同樣形成于溫暖氣候條件下的海侵海退

4、時(shí)期。Chiatura和Nikopol的早漸新世大型的氧化錳碳酸錳沉積的形成條件與之類似。在此之后，錳的沉積就完全移到了海底，并且從大約1500萬(wàn)年開(kāi)始，錳的沉積受控于氣候，底部充滿氧的潮流起到了輔助作用。氣候和海平面的變化是由于地質(zhì)構(gòu)造上的強(qiáng)烈變化引起的。關(guān)鍵詞：沉積，錳，成礦作用，古環(huán)境1.引言地球的動(dòng)力學(xué)歷史與超級(jí)大陸的合并分離是分不開(kāi)的。碰撞引起的超級(jí)大陸間的合并和斷裂引起的分離都與構(gòu)造作用有關(guān)，這些構(gòu)造作用往往伴隨著地幔柱的不穩(wěn)定，而這些可能起到極其重要的作用。從地質(zhì)歷史上來(lái)看，地球的外部環(huán)境，如，氣-水系統(tǒng)的組成，海平面的變化，天氣和沉積作用，以及從間冰期到冰期氣候的變化等，這些在

5、大范圍內(nèi)起到了主要的導(dǎo)向作用。沉積成礦作用，包括我們這里研究的錳的成礦作用，都受這些因素的控制。關(guān)于錳的成礦作用，在早期的刊物上都強(qiáng)調(diào)討論在不同的地球歷史時(shí)期的成礦作用，并沒(méi)有考慮外部因素在錳的成礦作用中起到的重要的作用。在本篇綜述里，錳的沉積將涉及到所有含有錳的化學(xué)沉積物，這些富含錳的溶解物（不考慮來(lái)源）能夠在常溫常壓條件下沉積下來(lái)。因此，沉積物可以分為，例如，火山沉積物，陸源沉積物等等。而在早期的文獻(xiàn)作品中避免這類問(wèn)題是很普遍的，僅僅是因?yàn)榛鸪蓭r或沉積巖不是金屬物質(zhì)的來(lái)源和他們的沉積機(jī)理的正確的指示物。本文將嘗試從整體上分析在地質(zhì)年代中影響沉積物中錳的沉積的因素，例如，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，內(nèi)在和外在

6、過(guò)程以及氣候的變化等等。錳沉積分布在地質(zhì)史上是不均勻的。僅在晚太古宙開(kāi)始分布比較適中。在大的地質(zhì)背景下，古元古代有大量的含錳沉積物的沉積。在中元古代含錳沉積物實(shí)際上是非常少的，而在接下來(lái)的新元古代大部分錳伴隨冰川事件沉積下來(lái)。在太古代含錳溶解物的濃度時(shí)非常小而在中元古代是很大的。在早漸新世，主要的沉積環(huán)境在陸地，而在新生代，錳的沉積環(huán)境移到了海洋范圍。本文將主要探索導(dǎo)致錳的沉積物廣泛分布和在地球系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程中改變地質(zhì)-地化作用的原因及它們的作用。2. 地球化學(xué)作用控制著錳的溶解和沉積 錳可能來(lái)源于海相盆地，通過(guò)地球內(nèi)部的熱能及海陸交界處的外營(yíng)力過(guò)程被溶解。理論上，在對(duì)自然條件下的現(xiàn)代盆地的熱

7、力學(xué)分析和研究表明，無(wú)機(jī)水系統(tǒng)的酸堿性在錳的溶解和沉積上發(fā)揮著最主要的影響。同時(shí)，在外部條件下，HCO3、SO42、 HPO42離子和有機(jī)物質(zhì)的出現(xiàn)可能會(huì)影響錳的存在狀態(tài)。關(guān)于Mn-Fe-H2O在常溫常壓下的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，錳比鐵的溶解度大。微生物能夠?qū)е洛i的氧化物的沉積，這一現(xiàn)象在自然界中是被懷疑的但已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。這表明微生物的直接參與，依賴于沉積的錳礦及形態(tài)特征，也許是模棱兩可的。因此，在本文中雖然只探索了無(wú)機(jī)參數(shù)但是也沒(méi)有否認(rèn)環(huán)境中的生物的干預(yù)。處于亞穩(wěn)定狀態(tài)的錳的氫氧化物和可溶解的錳的氧化物的初步沉淀，使得含錳物質(zhì)快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。Mn3O4 和 -MnOOH表現(xiàn)為與海水的固相平衡。實(shí)驗(yàn)已

8、證實(shí)氧化物中的二價(jià)錳離子是Mn3O4 和 -MnOOH，Mn3O4，以及Mn3O4，-MnOOH 和 -MnOOH中錳的來(lái)源。以上這些，其中-MnOOH（亞錳酸鹽）被認(rèn)為是最穩(wěn)定的狀態(tài)，從Mn3O4 和 -MnOOH轉(zhuǎn)變而來(lái)，在這些階段中所有錳的價(jià)態(tài)都不超過(guò)+3。相比之下，在初級(jí)階段（錳礦，-MnO2和水鈉錳礦）在現(xiàn)代的鐵錳結(jié)核中的價(jià)態(tài)達(dá)到了+4.這種異常現(xiàn)象應(yīng)該用運(yùn)動(dòng)學(xué)上自身的氧化還原來(lái)解釋，這種自身的氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致-MnOOH變?yōu)楦臃€(wěn)定的+4價(jià)錳的氧化物。由于Mn3+在沉積條件下只是一個(gè)短暫的過(guò)渡，Mn2+/Mn4+這對(duì)氧化還原對(duì)互相作用有效地控制了溶液中被溶解的，Mn2+的沉淀。（圖

9、1）卡爾夫特和彼得森（1993，1996）推斷，在海洋沉積物中碳酸錳的沉積在很大程度上是受孔隙水中可溶解的Mn2+的高濃度來(lái)決定的，孔隙水的濃度積必須超過(guò)錳的濃度積。可溶性的錳在含氧的成層盆地中富集堆積，在這些盆地中錳的氫氧化物被埋藏在盆地邊緣的底部，并被富氧的海水覆蓋。在盆地邊緣，可溶性的Mn2+可達(dá)到一個(gè)很高的濃度水平。黑色頁(yè)巖和有機(jī)碳酸鹽富含錳碳酸鹽（菱錳礦、鐵錳云石），這些錳圖1氧化錳和碳酸錳沉積在自然界水中的穩(wěn)定性 碳酸鹽是由可溶解的含錳碳酸氫鹽中的+2價(jià)錳離子在缺氧區(qū)域中經(jīng)過(guò)成巖作用得到的。（圖2）這種含錳的碳酸鹽巖缺少13C，表明碳來(lái)源于有機(jī)物。有機(jī)碳流失到氧氣耗盡的海水區(qū)域，可

10、以解釋為在海侵時(shí)期浮游生物的生產(chǎn)力大大提高并且隨著他們的分解氧氣逐漸被耗盡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在復(fù)雜的硫酸鹽化面前，MnCO3的穩(wěn)定性保持在高的pH和非常低的Eh領(lǐng)域。所以，MnS在自然的沉積環(huán)境中是不存在的，除了在波羅的海深處的特定位置。低溫狀態(tài)下的錳硅酸鹽在沉積中作為初晶相還沒(méi)有出現(xiàn)是毫無(wú)疑問(wèn)的。錳的沉積物最初以錳的氫氧化物存在的，錳的沉積取決于氧化還原反應(yīng)、大氣中氧氣的濃度以及水氣的相互作用，水氣的相互作用在錳的沉積過(guò)程中又起到了至關(guān)重要的作用。因?yàn)樵谠缣糯髿庵醒鯕獾暮勘徽J(rèn)為是最小的，自太古代以來(lái)氧氣含量又隨著時(shí)間的推移逐步增多，這些現(xiàn)象集中反映在水圈以及在不同地質(zhì)歷史時(shí)期錳的沉積上。

11、大氣中氧氣的含量是受各種各樣的外營(yíng)力和內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用控制的，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題將在下面繼續(xù) 圖2錳沉積與海平面變化示意圖 詳細(xì)討論。 3. 太古代的地球 據(jù)推測(cè)，在早太古宙有小塊陸地和大面積的海洋。從晚太古宙一直到太古宙元古宙過(guò)渡時(shí)期，陸殼在不斷增長(zhǎng)。板塊運(yùn)動(dòng)在太古宙還是比較活躍的，這一點(diǎn)已經(jīng)在中國(guó)、澳大利亞、加拿大所證實(shí)。高強(qiáng)度的增長(zhǎng)和外力構(gòu)造地質(zhì)作用可能導(dǎo)致小的陸塊集合從而合并成超級(jí)大陸。 據(jù)推測(cè)在早太古宙地幔熱流是非常多的，但隨著大陸的增長(zhǎng)和地幔的進(jìn)化在逐漸減少。早太古宙期升高的熱流以及推測(cè)出的短暫的超級(jí)地幔事件，伴隨著后來(lái)的更多的高溫?zé)嵋夯顒?dòng)。我們推測(cè)出早期導(dǎo)致地球變冷的太陽(yáng)光照的減少，已經(jīng)

12、被導(dǎo)致溫室效應(yīng)的二氧化碳所補(bǔ)償，此外還包括來(lái)源于早期地幔中的甲烷。盡管微生物的光合作用已經(jīng)在綠巖條帶中的礦脈中所證實(shí)，但是在非洲南部地區(qū)對(duì)氧的貢獻(xiàn)卻不大。太古代大氣中氧氣的含量水平很低，這個(gè)結(jié)論是建立在硅質(zhì)碎屑沉積巖中殘留的對(duì)氧化還原敏感的碎屑瀝青鈾礦，黃鐵礦以及硫鐵礦瀝青鈾礦和菱鐵礦。盡管存在這種異議，但是關(guān)于太古代時(shí)期大氣中缺氧這一事實(shí)，卻從地球化學(xué)中得到了論證。Ce3+的出現(xiàn)就是一個(gè)例子。太古代海水中硫酸鹽的微量存在也能證明氧的缺乏。在早太古代巖石中所做的大量的關(guān)于硫酸鹽的分餾實(shí)驗(yàn)也證實(shí)當(dāng)時(shí)大氣是缺氧環(huán)境。27.5億年前最初的上地幔被逐漸氧化，這一時(shí)間與最早的能夠證明光合作用產(chǎn)生氧氣的時(shí)

13、間是相同的。與氧氣相對(duì)應(yīng)，27.5億年前的太古代大氣中甲烷含量高，表明在碳酸鈣中13C含量異常。在疊層石附近進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧的微環(huán)境中，在甲烷-氧的界面，甲烷的消耗，證明了產(chǎn)生甲烷和營(yíng)甲烷生存的微生物的出現(xiàn)。以27.5億年為中心，超級(jí)大陸解體，地幔崩塌、超級(jí)地幔柱事件，光合作用第二個(gè)階段發(fā)生，甲烷的大量生成，以及黑色頁(yè)巖沉積達(dá)到最大值，化學(xué)蝕變指數(shù)值，這些現(xiàn)象都表明在晚太古宙地球的缺氧環(huán)境發(fā)生了巨大的改變，而這些改變是受地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈變形引起的。太古代大氣中氧氣的嚴(yán)重缺乏是與缺氧的海洋相對(duì)應(yīng)的。在流域盆地邊緣的透光帶光合作用氧氣的產(chǎn)生可形成有限的充氧地帶。在太古宙和元古宙過(guò)渡時(shí)期，這種充氧地帶

14、擴(kuò)大，導(dǎo)致海洋里氧氣的分層。據(jù)推測(cè)在早太古代Fe2+和Mn2+被高溫?zé)崃魅芙忉尫乓匀芙鉅顟B(tài)儲(chǔ)存在缺氧的海水中。條帶狀的含鐵構(gòu)造的沉積是很早的，一直貫穿于整個(gè)太古代。在早太古代大氣系統(tǒng)中氧氣嚴(yán)重缺乏的現(xiàn)象，可以用條帶狀含鐵構(gòu)造的沉積來(lái)充分解釋。也就是說(shuō)，這種交替機(jī)制的可行性即需氧的光合作用和厭氧的生物氧化作用，在這樣的標(biāo)準(zhǔn)下，還沒(méi)有被證實(shí)。在晚太古代大約27.5億年前各種地質(zhì)事件同時(shí)發(fā)生，在淺海大陸架局部的盆地邊緣，光合作用第二階段產(chǎn)生的氧氣可以使得Mn2+沉淀下來(lái)。這種限制以及Mn2+ 和Mn4+的轉(zhuǎn)換機(jī)制導(dǎo)致在晚太古代引起的錳的沉積作用將在后面論述。3.1 晚太古代錳的沉積在巴西，鈣質(zhì)麻粒巖

15、寄生在含錳的硅質(zhì)碳酸鹽礦中，這種礦石是一種能夠產(chǎn)生氧化錳沉積的小的淺生礦床。所有比較重要的沉積都發(fā)生在圣弗朗西斯科克拉通上，例如在里約超級(jí)群組和巴西的米納斯吉拉斯。（表2）最底部的秘魯利馬組由火山碎屑巖組成，上覆淺水變質(zhì)沉積物，包括寄生有含錳硅質(zhì)碳酸鹽的黑色頁(yè)巖。這種礦胎是由混合著二氧化硅的碳酸錳和儲(chǔ)存在還原環(huán)境中的自由碳的變質(zhì)作用形成的。這種黑色頁(yè)巖可能與地幔的強(qiáng)烈活動(dòng)有關(guān)。含錳的硅質(zhì)碳酸鹽巖經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用后可產(chǎn)生氧化錳沉積。晚太古代錳沉積出現(xiàn)在印度的地質(zhì)序列中。在鐵礦群組，辛本克拉通以及東印度，氧化錳礦床出現(xiàn)在頁(yè)巖地層的最上面，直接覆蓋在比較厚的條帶狀的鐵建造上面。海藻類的疊層石和微體化石被

16、描述來(lái)自于條帶狀的鐵建造和位于頁(yè)巖地層中的沉積錳礦體。水的沉積作用在疊層石的產(chǎn)生中起著重要作用，疊層石的出現(xiàn)也指示了一種鐵礦石的環(huán)境，包括錳的沉積，同時(shí)還涉及到光合作用中氧的產(chǎn)生。表2里約超級(jí)群組和巴西的米納斯吉拉斯錳沉積在印度東海岸的東高止山脈的麻粒巖帶，重大的錳沉積與泥質(zhì)巖，鈣質(zhì)硅酸鹽孔茲巖系組中長(zhǎng)石石英質(zhì)榴子石巖互層。沉積原巖保存在淺水穩(wěn)定的環(huán)境中。含氧化錳的礦石和含錳的硅質(zhì)碳酸鹽巖的變質(zhì)作用在時(shí)間和空間上是分開(kāi)的。在卡納塔克邦克拉通的達(dá)爾瓦德超級(jí)群組，南印度更年輕的奇特拉達(dá)加群組的最底部的Vanivilas地層上是氧化錳的沉積物。這些含錳的氧化硅質(zhì)巖以條帶狀出現(xiàn)在地層中。在潮間和潮上帶

17、出現(xiàn)豐富的疊層石與Vanivilas地層的石英長(zhǎng)石質(zhì)的氧化錳硅質(zhì)條帶有密切關(guān)系，這一事實(shí)表明沉積發(fā)生在透光地帶，而這些地區(qū)很明顯又是光合作用產(chǎn)生氧的地區(qū)。在卡納塔克邦克拉通東區(qū)的桑杜爾群組的火山沉積序列是在淺海環(huán)境下沉積的，它與其下面的奇特拉達(dá)加群組是同時(shí)代的?，F(xiàn)代地層學(xué)研究表明在Deogiri地層的疊層石灰?guī)r中儲(chǔ)存有含錳的氧化物的沉積，其上覆蓋著Yeshwantanagar地層的火山沉積物。疊層灰?guī)r中藍(lán)藻細(xì)菌的出現(xiàn)表明光合作用產(chǎn)生的氧的補(bǔ)充，這些氧可以導(dǎo)致含錳的氧化物及氫氧化物的沉淀。因此在盆地邊緣透光地帶局部地區(qū)光合作用下，氧的產(chǎn)生對(duì)淺水地區(qū)含錳氧化物的沉積起到了重要的作用。4.古元古代的

18、地球系統(tǒng)雖然藍(lán)藻細(xì)菌開(kāi)始制造氧氣始于27.5億年前，但是水-氣系統(tǒng)中氧氣的含量卻沒(méi)有達(dá)到提升，這點(diǎn)是得到證實(shí)的。有機(jī)質(zhì)在構(gòu)造作用期間被埋藏可能會(huì)引起表面氧氣含量的增加。這一事實(shí)已被在24億年和20.6億年前13C在短期內(nèi)增加而證實(shí)。甲烷光化學(xué)作用產(chǎn)生的氫可能也會(huì)參與大氣中的氧化作用。在太古代的海洋中，含鐵氧化物對(duì)磷的吸附作用可能會(huì)造成藍(lán)藻細(xì)菌的繁殖和氧氣的生成減少。鐵在大氣中通過(guò)對(duì)磷的吸附作用可能直接或者間接地充當(dāng)了氧的作用，因此可以限制藍(lán)藻細(xì)菌的生長(zhǎng)。24億年和20億年間條帶狀含鐵建造沉積的減少導(dǎo)致磷在海水集中以及通過(guò)光合作用氧氣的增加。伴隨有機(jī)物質(zhì)的被埋藏，這可被認(rèn)為在大氣中氧含量增加中起

19、到了重要的作用。 在太古代和遠(yuǎn)古代過(guò)渡時(shí)期大氣中的pO2的增多就是這樣被證實(shí)的。從古土壤中的數(shù)據(jù)研究，海水中硫酸鹽的增加，最主要的是受陽(yáng)光中紫外線控制的硫的分餾實(shí)驗(yàn)被中斷證實(shí)了這一論點(diǎn)，這些與24.5億年前的臭氧層的形成是一致的。從而導(dǎo)致了古元古代錳沉積的大量形成，并且大氣中氧的含量也增多了。24.5億年和22.5億年間的古元古代冰川作用廣泛發(fā)生。休倫統(tǒng)超級(jí)群組為冰蝕層序提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，這種證據(jù)不僅在一個(gè)地層系統(tǒng)中，同樣也存在于加拿大、波羅的海，南非以及西澳大利亞。13C值的增加與冰川作用是有關(guān)系的。這可被認(rèn)為是碳循環(huán)和長(zhǎng)期以來(lái)地球氣候的變化的一種繼承性的聯(lián)系。晚太古代超級(jí)大陸，構(gòu)造變形的

20、增強(qiáng)和減弱可能會(huì)引起大地水準(zhǔn)面的變化。高出水平面的地區(qū)面積由于海平面的下降而擴(kuò)大，面積的增多促進(jìn)了陸地風(fēng)化作用發(fā)生的力度和增加了碳酸鹽巖的廣泛發(fā)展的平臺(tái)。大量二氧化碳的減少可能會(huì)導(dǎo)致溫度的劇烈下降和最終冰川作用的發(fā)生。冰期的超級(jí)大陸可能也會(huì)維持比較高的反射率。休倫超級(jí)組中冰川作用反復(fù)發(fā)生被解釋為風(fēng)化作用負(fù)反饋圈造成的，這種負(fù)反饋圈可造成在冰川作用時(shí)期大氣中二氧化碳的增加。超級(jí)大陸地幔的斷裂可能會(huì)導(dǎo)致二氧化碳從斷裂的陸殼出溢出，從而導(dǎo)致氣候溫暖，冰川消失，海洋分層以及海侵作用的發(fā)生。海水分層系統(tǒng)和海侵事件的發(fā)生在缺乏低溫事件時(shí)是很普遍的。這些是由于海底擴(kuò)造成的板塊運(yùn)動(dòng)頻率的增加，同時(shí)還伴隨著火山

21、活動(dòng)所放出的那些能夠?qū)е聹厥倚?yīng)氣體的減少。關(guān)于海侵、與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給有關(guān)的有機(jī)質(zhì)的高生產(chǎn)率、有機(jī)質(zhì)埋藏率的增加、海水分層系統(tǒng)以及海水缺氧事件的相關(guān)性已經(jīng)達(dá)到了證實(shí)。在間冰期深海缺氧同時(shí)導(dǎo)致了24億年和20.6億年間海相石灰?guī)r和含硫的黑色頁(yè)巖中13C的缺乏。在整個(gè)地質(zhì)歷史上，鐵和錳的沉積礦床在海水分層以及海侵-海退時(shí)期是密切聯(lián)系在一起的。海侵事件發(fā)生時(shí)，氫氧化錳沉積在處于好氧厭氧界面的大陸架上。缺少基質(zhì)的氧化還原反應(yīng)，短時(shí)期內(nèi)形成的錳的氫氧化物被淹沒(méi)在缺氧地區(qū)并且溶解也在減少。在一些特定情況下，海侵作用的反復(fù)進(jìn)行，早期在大陸架沉淀下來(lái)的氫氧化錳會(huì)重新匯聚到缺氧地區(qū)，使溶解的Mn2+濃度增加。Mn

22、2+濃度的增大，反映了從有機(jī)質(zhì)中產(chǎn)生的碳酸氫鹽在底部沉積物的孔隙水中生成了(Mn,Ca)CO3。這個(gè)過(guò)程與波羅的深海內(nèi)的機(jī)制是相似的，并且可以用來(lái)解釋在富含有機(jī)質(zhì)的缺氧海洋中碳酸錳的地層的形成。4.1 古元古代錳的沉積太古代與元古代過(guò)渡時(shí)期地球表面最主要的變化就是錳礦石的沉積。這在早古元古宙的卡普瓦爾克拉通的德蘭士瓦超級(jí)群組、南非是很明顯的。1米厚的含氧化錳的礦層與Rooinekke鐵層互層 。這標(biāo)志著古元古代淺灘含錳的沉積物礦化作用的開(kāi)始。在這之后的24億年的Postmasburg群組的Hotazel地層中，發(fā)生了錳沉積的重大事件，形成了卡拉哈里錳地區(qū)。這是錳作為單獨(dú)的地層序列最大的累積。H

23、otazel地層包括BIF間層和錳礦，這與我們反復(fù)提到的海侵-海退作用相一致。此地層上覆在Makganyene Diamictite-Ongeluk 地層之上，下伏于Mooidraai 地層之下。盡管Makganyene 雜巖明顯比水下的Ongeluk火山巖年代久，但是就他們相互交錯(cuò)分布來(lái)看，至少在一些部分是同時(shí)代的。Hotazel地層底部是火山碎屑砂巖，其上是0.5至1米厚的夾雜著冰礫的BIF，這些冰礫標(biāo)志著在Makganyene時(shí)期冰川的快速消退。接近Hotazel地層底部的冰川礫石表明冰川活動(dòng)要比Ongeluk火山活動(dòng)長(zhǎng)久。Kalahari錳礦床主要是由褐錳礦-鐵錳云石-赤鐵礦的集合體組

24、成，這些在晚成巖-變質(zhì)作用后期轉(zhuǎn)變?yōu)楹阱i礦-褐錳礦-方鐵錳礦（貧鐵）-含錳的方解石的集合體。這些集合體進(jìn)一步受到熱交代加積作用控制。Hotazel地層最小的年齡是24億年，很明顯在這一時(shí)間之后是大氣中氧的增加以及海洋上部分層，在25億年和24億年間發(fā)生了錳的沉積作用。從古土壤的研究結(jié)果來(lái)看，無(wú)處不在的13C以及在此時(shí)間海水中到處分布的硫酸鹽都表明表面氧氣含量的增加。在Hotazel地層的錳礦體重檢測(cè)到的Ce異常，同樣也表明同時(shí)代海水附近氧氣含量的增加。 在Transvaal超級(jí)組中大量分布的石灰?guī)r地層，大氣中二氧化碳的減少在本質(zhì)上提高了pO2/pCO2的比率，而這能夠提升早古元古代水面上Ehp

25、H的值。處于層化海洋喜氧-厭氧的接觸面上Fe2+/Fe3+和 Mn2+/Mn4+就是這樣獲得的，在層化海洋缺氧的深層部位富集Fe2+和Mn2+。地球化學(xué)條件表明Fe2+/Fe3+這對(duì)氧化還原對(duì)的獲得所需要的EhpH值要比Mn2+/Mn4+低。在海平面上升期間，從深海缺氧的地區(qū)轉(zhuǎn)移的溶解金屬離子沉淀下來(lái)。在Kalahari地區(qū)周期性沉積的BIF和錳礦石很明顯是由海侵海退時(shí)期Fe2+/Fe3+和Mn2+/Mn4+來(lái)決定的。在Mamatwan類型的錳礦石中，鐵錳礦石中13C的含量介于12 和16之間，這些13C間接地來(lái)源于有機(jī)碳或者地幔貢獻(xiàn)的二氧化碳和有機(jī)碳的參與的成分。Kirschvink et

26、al.認(rèn)為冰退期熱液釋放到海水表面的鐵可以導(dǎo)致包括藍(lán)藻在內(nèi)的浮游生物的大爆發(fā)。在Hotazel地層光合作用所產(chǎn)生的氧的增加控制著錳的沉積。羅伊提出錳沉積達(dá)到一個(gè)能夠引起關(guān)注的比例的證據(jù)可能在于，它本身能提供一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)在任何時(shí)間能夠用來(lái)檢測(cè)大氣中氧氣含量增加。在巴西米納斯吉拉斯，上覆在太古代Rio das velhas 群組上的是古元古代地臺(tái)上米納斯群組，在米納斯群組中的Itabira組的Cauê 和Gandarela 地層中，含錳氧化物礦石的沉積很明顯是以礦床以及BIF和白云石互為加層的透鏡體的形式出現(xiàn)的。Renger通過(guò)解讀鋯石中UPb的數(shù)據(jù)將這個(gè)階段的米納斯超群的年齡建立

27、在2580到2125個(gè)百萬(wàn)年之間。Gandarela地層中未變形的疊層石灰?guī)r中Pb-Pb碳酸巖的年齡命名為2420±19Ma.因此，BIF-白云巖-氧化錳礦石的集合體與南非德蘭士瓦超級(jí)群中的Hotazel地層是同時(shí)代的。Klein和ladeira認(rèn)為在深海缺氧環(huán)境中的熱液中不斷析出金屬元素，BIF就是在這些金屬元素被海侵作用被轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定的含氧多的大陸架上之后形成的。與錳沉積密切相關(guān)的類似深海源的觀點(diǎn)已經(jīng)被提出。淺生的錳沉積的蝕變有時(shí)是很明顯的，以至于改變了礦體的原始沉積特征。古元古代，分布于西非克拉通上Birimian超級(jí)群組的綠泥巖帶，表明了錳沉積的一個(gè)重要的環(huán)境。非常重要的是在N

28、suta , Tambao 和Ziémougoula的錳沉積在這條1400米長(zhǎng)的綠泥巖帶上。在加納，Nsuta沉積是集中研究最多的。在Birimian綠泥巖的底部相當(dāng)均勻的分布著具有等斜褶曲的火山巖。這些火山巖具有相同的傾向，在空間上相連，并且與化學(xué)沉積物，火山碎屑，泥巖和濁積巖的年齡相重疊。成套存在的燧石以及含鈣鐵鎂的碳酸鹽巖與與火山巖毗連的黑色泥巖有密切的關(guān)系。含錳的碳酸鹽巖礦胎是被Dorr發(fā)現(xiàn)的。厚達(dá)50 至60米的礦床和含錳碳酸鹽巖礦胎與黑色泥巖互層。燧石和火山碎屑巖與玄武巖是準(zhǔn)同生的。含錳的碳酸鹽巖形成于陸架立即斷裂的淺灘環(huán)境中。礦胎中錳碳酸鹽中碳同位素的值表明了在厭氧的條

29、件下有機(jī)碳的不同的貢獻(xiàn)值。這說(shuō)明錳在缺氧的深海水中比較富集，菱錳礦很可能是有機(jī)碳在成巖作用早期調(diào)解氫氧化錳祖先從而形成的。位于西非Birimian層序的沉積巖在Eburnean造山運(yùn)動(dòng)中變質(zhì)為低品位巖石。后來(lái)，表生礦床中富集的錳礦生成了氧化錳礦沉積。西非及南美洲圭亞那地盾的Eburnean造山運(yùn)動(dòng)與Trans-Amazonian造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)。圭亞那地盾分布在圭亞那，蘇里南，法屬圭亞那，委內(nèi)瑞拉圭亞那以及巴西的阿馬帕周，它以包含錳沉積的綠泥巖帶為特點(diǎn)。氧化錳硅酸鹽巖、硅酸鹽-碳酸鹽巖與變質(zhì)的碳質(zhì)黑色頁(yè)巖和泥質(zhì)巖以及石灰?guī)r互層，這些互層的巖層在時(shí)間上相當(dāng)于Yuruari、Barama、以及底部的P

30、aramaca層序。變質(zhì)的錳礦被氧化并且通過(guò)表生礦床后期的風(fēng)化作用不斷豐富。圭亞那地盾橫穿亞馬遜的造山帶一直延伸到巴西的Serra do Navio地區(qū)。巴西的Amapa層序包括底部的Jornal組和頂部的Serra do Navio組。后面的層序至少包含三個(gè)沉積韻律，每個(gè)沉積韻律是由基部的石英以及上覆的泥巖和有石墨黑色頁(yè)巖變質(zhì)而來(lái)的角閃巖組成。錳碳酸鹽和錳硅酸鹽被石墨黑色頁(yè)巖包圍。大部分的錳碳酸鹽巖里含有菱錳礦，未成形的錳鋁榴石，薔薇輝石，錳橄欖石和石墨，偶爾還能發(fā)現(xiàn)有硫錳礦，黃鐵礦和硫鐵礦。這個(gè)集合體很像西非與之同時(shí)代的Birimian組中的錳碳酸鹽礦體。錳碳酸鹽成巖期后形成的地層中的碳質(zhì)

31、黑色頁(yè)巖指示一種缺氧環(huán)境，而這種環(huán)境與地球上有機(jī)質(zhì)的埋藏事件有關(guān)。然而，由于缺乏碳同位素?cái)?shù)據(jù)，不能準(zhǔn)確的推測(cè)有機(jī)碳參與錳碳酸鹽地層的形成的程度。Serra do Navio的沉積韻律可能與地質(zhì)學(xué)上的海侵-海退相關(guān)。錳碳酸鹽和錳硅酸鹽在風(fēng)化作用期間錳被氧化生成氧化錳后開(kāi)始富集。古元古代加蓬Francevillian序列的Moanda沉積是最大的碳酸錳沉積，它是在富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥巖中發(fā)展而來(lái)。在Okouma 和 the Bafoula臺(tái)地上，富含錳的條帶狀鐵建造從下到上依次是硫化物、碳酸鹽、硅酸鹽相。在FBI單元里，厚的碳質(zhì)黑色頁(yè)巖是在層狀海水系統(tǒng)的深部缺氧地帶形成的。這些黑色頁(yè)巖地層可能與全球性的有機(jī)碳埋藏事件有關(guān)。黑色頁(yè)巖中有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生的13C的含量范圍介于25和16之間。在成巖期后的碳酸錳沉積中的菱錳礦，13C的含量是16，并且也可以推斷出溶解錳是提供給陸緣盆地發(fā)生海侵海退時(shí)的好氧地區(qū)的。氫氧化錳再次溶解在缺氧地區(qū)