海洋所在白堊紀(jì)大洋缺氧事件2極端溫室氣候結(jié)束機(jī)制方面獲新進(jìn)展
近日,國際地學(xué)自然指數(shù)(Nature Index)期刊《地球與行星科學(xué)通訊》(Earth and Planetary Science Letters)正式刊發(fā)了中國科學(xué)院海洋研究所常鳳鳴研究組與法國海洋開發(fā)研究院、自然資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和自然資源部第一海洋研究所等單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”。
研究人員通過東南印度洋澳大利亞西南岸外的陸源碎屑沉積記錄,利用新的地球化學(xué)指標(biāo)重建了白堊紀(jì)大洋缺氧事件2(OAE 2)期間南半球高緯度地區(qū)(~62°S)陸表的硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化歷史,這對于深入理解快速碳循環(huán)擾動期的區(qū)域氣候響應(yīng)及上述極端事件的結(jié)束機(jī)制具有重要科學(xué)意義。
發(fā)生在約94 Ma的OAE 2是白堊紀(jì)溫室期最具代表性的極端氣候事件,其具體表現(xiàn)為短期內(nèi)全球大范圍海洋有機(jī)碳埋藏通量的增加及碳同位素的顯著正偏,這代表了全球碳循環(huán)的一次大規(guī)模擾動。大陸表層硅酸鹽的化學(xué)風(fēng)化不僅能夠直接消耗大氣中的溫室氣體CO2,其風(fēng)化產(chǎn)物通過河流的向海輸送還能夠促進(jìn)海洋生物生產(chǎn)力的勃發(fā)及海底有機(jī)碳的埋藏,因此被認(rèn)為是推動OAE 2事件結(jié)束的重要潛在機(jī)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緯度地區(qū)的相關(guān)記錄,因此科研界對OAE 2事件期間大陸表層硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化的演化過程及其古氣候環(huán)境效應(yīng)仍然缺乏清晰的認(rèn)識。
近年來,已有研究發(fā)現(xiàn)粘土粒級(< 2 μm)碎屑沉積物組分的Nd-Hf同位素解耦可以為反演大陸表層硅酸鹽的化學(xué)風(fēng)化作用提供新的視角,并由此建立了新的硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化指標(biāo)——ΔεHfclay。本研究基于國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP)369航次在東南印度洋曼達(dá)岬海盆鉆取的U1516站位巖芯沉積物(圖1),對晚森諾曼期-早土倫期樣品的Nd-Hf同位素及典型常量元素組成進(jìn)行了系統(tǒng)分析,以此來探討南半球高緯度地區(qū)大陸表層硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化作用對OAE 2事件的響應(yīng)。
此外,研究人員還選取了多個大洋鉆探航次在大陸邊緣站位獲得的產(chǎn)甲烷沉積物的Nd-Hf同位素組成進(jìn)行了對比分析(圖2),其結(jié)果表明:ΔεHfclay不受早期成巖作用(即反風(fēng)化作用)的顯著控制,因此可作為可靠的大陸表層硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化作用替代指標(biāo)。
在OAE 2碳同位素顯著正偏初期(圖3),ΔεHfclay出現(xiàn)了短暫的快速降低,據(jù)推測這可能與當(dāng)時水文循環(huán)加劇所引起的大陸源區(qū)(澳大利亞西南部大陸)大型流域系統(tǒng)的再次活躍有關(guān),導(dǎo)致大量僅遭受過弱風(fēng)化作用的碎屑態(tài)沉積物被快速沖刷搬運(yùn)至研究區(qū)內(nèi)。此后,即OAE 2碳同位素顯著正偏期,ΔεHfclay的增加指示著南半球高緯度地區(qū)大陸表層硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化作用的顯著增強(qiáng),這可能是晚白堊世極端溫室氣候條件下南半球西風(fēng)帶緯向移動的結(jié)果。本研究為強(qiáng)調(diào)南半球高緯度地區(qū)大陸表層硅酸鹽化學(xué)風(fēng)化效率(weatherability)的增加及其后海底有機(jī)質(zhì)的巨量埋藏在推動極端溫室氣候結(jié)束過程中所發(fā)揮的潛在關(guān)鍵作用提供了最新的證據(jù)支持。
論文的第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士畢業(yè)生陳紅瑾(現(xiàn)工作于自然資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局),通訊作者為法國海洋開發(fā)研究院Germain Bayon研究員和中國科學(xué)院海洋所徐兆凱研究員。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室“十四五”重大項(xiàng)目、國家公派留學(xué)基金、中國大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP-China)和法國國家科研署項(xiàng)目等的支持。
論文出處及鏈接:
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.

圖1 U1516站位在94 Ma(a)和現(xiàn)代(b)的地理位置分布圖

圖2 U1516站位(紅色圓圈)和多個大陸邊緣站位(空心正方形)粘土粒級碎屑態(tài)沉積物組分的Nd-Hf同位素組成對比

圖3 U1516站位碳酸鹽δ13C、粘土粒級碎屑沉積物εNd及粘土粒級碎屑沉積物ΔεHfclay和北半球典型剖面δ7Li對比
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