國際地學刊物《全球和行星變化》（Global and Planetary Change，TOP 5%）近日發表了中科院海洋所常鳳鳴研究組與法國海洋開發研究院、韓國海洋科學技術院、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”。該研究基于多學科交叉和多圈層耦合，在國際上首次揭示了白堊紀大洋缺氧事件2（OAE 2）期間東南印度洋曼達岬海盆沉積物源-匯過程的連續性演化歷史及其對南半球高緯度地區水循環的響應。 

　　近年來，國際上深海地質研究領域最為前沿的合作計劃——國際大洋發現計劃（IODP）將地球氣候系統對大氣CO2濃度升高的響應列為其優先研究領域之一。此外，深入研究關鍵地質歷史時期的碳循環過程、成因機制及其古氣候環境效應，對于人類更好地認識、預測和應對未來的全球變暖等系列危機也具有非常重要的借鑒價值。發生在森諾曼期-土倫期界限（~94 Ma）的OAE 2，是白堊紀溫室期內得到科研界關注最多且最具有代表性的碳循環擾動事件，也是研究地球系統科學前沿領域——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OAE 2的連續性沉積記錄，盡管該地區具有對氣候環境的變化異常敏感的突出優勢。2017年在東南印度洋中實施鉆探的IODP 369航次，首次獲取到了南半球高緯度地區OAE 2階段形成的連續性巖芯沉積物（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。 

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岬海盆鉆取的U1516站位巖芯沉積物，基于極好的鈣質生物化石碳同位素和古生物地層年代約束，通過沉積學、粘土礦物學以及地球化學方法，詳細揭示了晚白堊紀階段研究區沉積物來源、陸源區氣候條件、海表生物生產力和海底氧化-還原環境的演化歷史及其對OAE 2的響應。物源分析結果表明，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的貢獻較?。▓D2）。其中，在OAE 2碳同位素發生顯著性正向偏移的階段（圖3），U1516站位的陸源河流物質輸入量顯著增加，并伴隨著物源區的明顯變化——由澳大利亞西南部近源地塊（如珀斯盆地和魯紋地塊）轉變為遠源地塊（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的垂向變化

　　研究人員認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水循環的加劇，由此引起了澳大利亞西南部大陸河流系統的重組，且河流入海物質（碎屑、營養和有機質及淡水）通量的增加還促進了附近海域海表生物生產力的勃發及海底缺氧性沉積環境的發育（圖3）。此時周邊大火成巖省的強烈火山活動雖然對研究區沒有直接的物質輸入貢獻，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境的形成與保持。在此基礎上，陸源有機質和海表生物生產力來源有機質在缺氧性的底層水環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，這進一步證實了當時南半球高緯度地區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系（圖4）。 

圖4 OAE 2階段曼達岬海盆有機質埋藏過程及其驅動機制示意圖

　　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略先導科技專項、國家自然科學基金、青島海洋科學與技術試點國家實驗室鰲山科技創新計劃、國家公派留學基金等項目聯合資助。 

　　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.