海洋所在白垩纪大洋缺氧事件2极端温室气候结束机制方面获新进展

　　近日，国际地学自然指数（Nature Index）期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）正式刊发了中国科学院海洋研究所常凤鸣研究组与法国海洋开发研究院、自然资源部广州海洋地质调查局和自然资源部第一海洋研究所等单位合作的最新研究成果“Hafnium isotope evidence for enhanced weatherability at high southern latitudes during Oceanic Anoxic Event 2”。
 
　　研究人员通过东南印度洋澳大利亚西南岸外的陆源碎屑沉积记录，利用新的地球化学指标重建了白垩纪大洋缺氧事件2（OAE 2）期间南半球高纬度地区（~62°S）陆表的硅酸盐化学风化历史，这对于深入理解快速碳循环扰动期的区域气候响应及上述极端事件的结束机制具有重要科学意义。
 
　　发生在约94 Ma的OAE 2是白垩纪温室期最具代表性的极端气候事件，其具体表现为短期内全球大范围海洋有机碳埋藏通量的增加及碳同位素的显著正偏，这代表了全球碳循环的一次大规模扰动。大陆表层硅酸盐的化学风化不仅能够直接消耗大气中的温室气体CO2，其风化产物通过河流的向海输送还能够促进海洋生物生产力的勃发及海底有机碳的埋藏，因此被认为是推动OAE 2事件结束的重要潜在机制之一。然而，之前由于研究材料的限制，尤其是缺乏南半球高纬度地区的相关记录，因此科研界对OAE 2事件期间大陆表层硅酸盐化学风化的演化过程及其古气候环境效应仍然缺乏清晰的认识。
 
　　近年来，已有研究发现粘土粒级（< 2 μm）碎屑沉积物组分的Nd-Hf同位素解耦可以为反演大陆表层硅酸盐的化学风化作用提供新的视角，并由此建立了新的硅酸盐化学风化指标——ΔεHfclay。本研究基于国际大洋发现计划（IODP）369航次在东南印度洋曼达岬海盆钻取的U1516站位岩芯沉积物（图1），对晚森诺曼期-早土伦期样品的Nd-Hf同位素及典型常量元素组成进行了系统分析，以此来探讨南半球高纬度地区大陆表层硅酸盐化学风化作用对OAE 2事件的响应。
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9 t/ E9 d: o3 B# O+ S. U　　此外，研究人员还选取了多个大洋钻探航次在大陆边缘站位获得的产甲烷沉积物的Nd-Hf同位素组成进行了对比分析（图2），其结果表明：ΔεHfclay不受早期成岩作用（即反风化作用）的显著控制，因此可作为可靠的大陆表层硅酸盐化学风化作用替代指标。
 
" g) X/ Y* t% Z( h　　在OAE 2碳同位素显著正偏初期（图3），ΔεHfclay出现了短暂的快速降低，据推测这可能与当时水文循环加剧所引起的大陆源区（澳大利亚西南部大陆）大型流域系统的再次活跃有关，导致大量仅遭受过弱风化作用的碎屑态沉积物被快速冲刷搬运至研究区内。此后，即OAE 2碳同位素显著正偏期，ΔεHfclay的增加指示着南半球高纬度地区大陆表层硅酸盐化学风化作用的显著增强，这可能是晚白垩世极端温室气候条件下南半球西风带纬向移动的结果。本研究为强调南半球高纬度地区大陆表层硅酸盐化学风化效率（weatherability）的增加及其后海底有机质的巨量埋藏在推动极端温室气候结束过程中所发挥的潜在关键作用提供了最新的证据支持。
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　　论文的第一作者为中国科学院海洋研究所博士毕业生陈红瑾（现工作于自然资源部广州海洋地质调查局），通讯作者为法国海洋开发研究院Germain Bayon研究员和中国科学院海洋所徐兆凯研究员。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项、青岛海洋科学与技术试点国家实验室“十四五”重大项目、国家公派留学基金、中国大洋发现计划（IODP-China）和法国国家科研署项目等的支持。
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. D* F7 B9 u# ^6 x& Z6 |　　论文出处及链接：
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　　Chen, H.J., Bayon, G.*, Xu, Z.K.*, Li, T.G. Hafnium isotope evidence for enhanced weatherability at high southern latitudes during Oceanic Anoxic Event 2. Earth and Planetary Science Letters, 2023, 601: 117910. Doi: 10.1016/ j.epsl.2022.117910.
 
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X22005465.
 

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图1 U1516站位在94 Ma（a）和现代（b）的地理位置分布图

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% U9 @* i- P/ t( q& R图2 U1516站位（红色圆圈）和多个大陆边缘站位（空心正方形）粘土粒级碎屑态沉积物组分的Nd-Hf同位素组成对比
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图3 U1516站位碳酸盐δ13C、粘土粒级碎屑沉积物εNd及粘土粒级碎屑沉积物ΔεHfclay和北半球典型剖面δ7Li对比