新元古代是地球演化的重要转折期，期间发生了罗迪尼亚超大陆的裂解，全球规模的冰期等一系列重大事件，一直是地球科学的研究焦点。其中，新元古代成冰纪因斯图特冰期（Sturtia Glaciation，约717~660Ma前）和马林诺冰期（Marinoan Glaciation，约650~635Ma前）两次全球性大冰期而得名，然而二者之间的间冰期（inter-glacial interval，约660~650Ma前）的冰川突然消融，其原因仍是未解之谜。火山作用把地球深部的物质和能量带入地表圈层，在生物大灭绝、气候变化等方面起到重要作用。前人推测火山作用所导致的温室效应可能是新元古代成冰纪间冰期的触发机制，但是缺乏直接证据。
火山喷发释放大量的汞，是地质历史时期地表汞元素的主要来源。大规模火山作用所释放的汞能在大气中长距离的传输，并最终沉降到海洋，在全球范围的沉积岩中形成明显的汞富集。近年来，汞元素作为一个大规模火山作用的指标，在地球科学中得到了广泛的应用。此外，汞同位素存在显著的质量分馏（Hg-MDF）和非质量分馏（Hg-MIF）效应，能够为示踪汞的地球化学过程提供丰富的信息。汞的非质量分馏主要由地表的光化学过程导致，通常陆地储库(土壤等)具有负的Hg-MIF信号，而大气沉降的汞具有正的Hg-MIF信号，而与原始地幔有关的Hg-MIF信号接近于0。
图1 南华盆地成冰纪间冰期地层研究区域剖面图及相关地球化学指标
中国科学院地球化学研究所尹润生研究员科研团队利用汞同位素示踪南华盆地成冰纪间冰期地层发现，该地层有明显的汞含量异常（图1A）；样品有明显的正Hg-MIF信号（图1G）。这些汞地球化学特征与显生宙发生的一些重大地质事件（如：二叠-三叠生物大灭绝、海洋缺氧事件等）非常类似，而这些事件均被证实由大规模火山作用驱动（如西伯利亚大火成岩省导致二叠-三叠生物大灭绝）。因此，大规模火山作用被认为是导致成冰纪间冰期发生的主要原因。
研究推测：在中元古代晚期，罗迪尼亚超大陆开始汇聚，随后由于滞留在地幔转换带的俯冲板片下沉等因素，在罗迪尼亚大陆底部形成了一个超级地幔柱。自此，一系列大规模大陆裂谷岩浆作用随之发生，导致了罗迪尼亚超大陆长时间的、周期性的分裂。此外，在成冰纪中后期，大陆弧岩浆作用也不断的增强。在斯图特冰期-间冰期的转换时期，火山作用向大气中释放了大量的汞和CO2（富集13C），导致大气中温室效应不断增强，最终导致了冰川的融化（图2A）。在温暖气候下，大陆风化增强，把陆源营养物质带入海洋，促进了海洋生产力的增强和有机碳埋藏。大量汞沉降进入海洋，与有机质结合埋藏至海洋沉积物中，富13C的温室气体导致了有机碳同位素的负漂移（图2B）。大陆风化的持续进行消耗大量的CO2，而后期火山作用逐渐减弱甚至停止，使得大气中温室气体浓度不断降低，最终进入了马林诺冰期（图2C）。
图2. A冰期-间冰期转换时期 B 间冰期初期 C间冰期晚期
相关成果近期发表在国际地学权威杂志《Earth and Planetary Science Letters》上。
论文信息：Zhou Ting（周汀）, Pan Xin（潘馨）, Sun Ruiyan（孙瑞阳）, Deng Changzhou（邓昌州）, Shen Jun（沈俊）, Sae Yun Kwon, Stephen E. Grasby, Xiao Jiafei（肖加飞）*, Yin Runsheng（尹润生）*, Cryogenian interglacial greenhouse driven by enhanced volcanism: Evidence from mercury records, Earth and Planetary Science Letters. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116902
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