國(guó)際地學(xué)刊物《全球和行星變化》（Global and Planetary Change，TOP 5%）近日發(fā)表了中科院海洋所常鳳鳴研究組與法國(guó)海洋開發(fā)研究院、韓國(guó)海洋科學(xué)技術(shù)院、自然資源部第一海洋研究所等單位合作的最新研究成果“Enhanced hydrological cycle during Oceanic Anoxic Event 2 at southern high latitudes: New insights from IODP Site U1516”。該研究基于多學(xué)科交叉和多圈層耦合，在國(guó)際上首次揭示了白堊紀(jì)大洋缺氧事件2（OAE 2）期間東南印度洋曼達(dá)岬海盆沉積物源-匯過程的連續(xù)性演化歷史及其對(duì)南半球高緯度地區(qū)水循環(huán)的響應(yīng)。
近年來，國(guó)際上深海地質(zhì)研究領(lǐng)域最為前沿的合作計(jì)劃——國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）將地球氣候系統(tǒng)對(duì)大氣CO2濃度升高的響應(yīng)列為其優(yōu)先研究領(lǐng)域之一。此外，深入研究關(guān)鍵地質(zhì)歷史時(shí)期的碳循環(huán)過程、成因機(jī)制及其古氣候環(huán)境效應(yīng)，對(duì)于人類更好地認(rèn)識(shí)、預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)未來的全球變暖等系列危機(jī)也具有非常重要的借鑒價(jià)值。發(fā)生在森諾曼期-土倫期界限（~94 Ma）的OAE 2，是白堊紀(jì)溫室期內(nèi)得到科研界關(guān)注最多且最具有代表性的碳循環(huán)擾動(dòng)事件，也是研究地球系統(tǒng)科學(xué)前沿領(lǐng)域——多圈層耦合作用的典范。然而，迄今為止科研界仍缺少高緯度地區(qū)OAE 2的連續(xù)性沉積記錄，盡管該地區(qū)具有對(duì)氣候環(huán)境的變化異常敏感的突出優(yōu)勢(shì)。2017年在東南印度洋中實(shí)施鉆探的IODP 369航次，首次獲取到了南半球高緯度地區(qū)OAE 2階段形成的連續(xù)性巖芯沉積物（圖1），從而為上述研究工作的深入開展提供了極佳的載體和契機(jī)。
圖1 研究站位在93-97 Ma（a和b）及目前（c）的地理位置分布圖
研究人員利用該航次在曼達(dá)岬海盆鉆取的U1516站位巖芯沉積物，基于極好的鈣質(zhì)生物化石碳同位素和古生物地層年代約束，通過沉積學(xué)、粘土礦物學(xué)以及地球化學(xué)方法，詳細(xì)揭示了晚白堊紀(jì)階段研究區(qū)沉積物來源、陸源區(qū)氣候條件、海表生物生產(chǎn)力和海底氧化-還原環(huán)境的演化歷史及其對(duì)OAE 2的響應(yīng)。物源分析結(jié)果表明，所研究碎屑沉積物主要來自于澳大利亞西南部大陸，而海底火山成因物質(zhì)的貢獻(xiàn)較?。▓D2）。其中，在OAE 2碳同位素發(fā)生顯著性正向偏移的階段（圖3），U1516站位的陸源河流物質(zhì)輸入量顯著增加，并伴隨著物源區(qū)的明顯變化——由澳大利亞西南部近源地塊（如珀斯盆地和魯紋地塊）轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)源地塊（如依爾崗克拉通和奧爾巴尼-弗雷澤造山帶，圖2）。
圖2 晚森諾曼期-早土倫期U1516站位沉積物來源示蹤
圖3 晚森諾曼期-早土倫期U1516站位沉積物典型指標(biāo)的垂向變化
研究人員認(rèn)為上述物源變化反映了OAE 2期間溫室氣候條件下南半球高緯度地區(qū)水循環(huán)的加劇，由此引起了澳大利亞西南部大陸河流系統(tǒng)的重組，且河流入海物質(zhì)（碎屑、營(yíng)養(yǎng)和有機(jī)質(zhì)及淡水）通量的增加還促進(jìn)了附近海域海表生物生產(chǎn)力的勃發(fā)及海底缺氧性沉積環(huán)境的發(fā)育（圖3）。此時(shí)周邊大火成巖省的強(qiáng)烈火山活動(dòng)雖然對(duì)研究區(qū)沒有直接的物質(zhì)輸入貢獻(xiàn)，但由其排放的大量溫室氣體二氧化碳卻有利于上述氣候環(huán)境的形成與保持。在此基礎(chǔ)上，陸源有機(jī)質(zhì)和海表生物生產(chǎn)力來源有機(jī)質(zhì)在缺氧性的底層水環(huán)境中得以大量地保存下來，從而形成了黑色頁巖這種OAE 2階段最典型的海洋沉積物，這進(jìn)一步證實(shí)了當(dāng)時(shí)南半球高緯度地區(qū)的暖濕氣候條件以及大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈之間的緊密聯(lián)系（圖4）。
圖4 OAE 2階段曼達(dá)岬海盆有機(jī)質(zhì)埋藏過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制示意圖
中科院海洋所陳紅瑾博士研究生為文章第一作者，中科院海洋所徐兆凱研究員、自然資源部第一海洋研究所李鐵剛研究員為文章通訊作者。該研究得到了中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃、國(guó)家公派留學(xué)基金等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文出處及鏈接：
Chen, H.J., Xu, Z.K.*, Bayon, G., Lim, D.I., Batenburg, S.J., Petrizzo, M.R., Hasegawa, T., Li, T.G.* Enhanced hydrological cycle during Oceanic Anoxic Event 2 at southern high latitudes: New insights from IODP Site U1516. Global and Planetary Change, 2022, 209: 103735. doi: 10.1016/j.gloplacha.2022.103735.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818122000029?via%3Dihub.
