韩中副研究员在Nature Index期刊《EPSL》上发表侏罗纪全球变化研究成果

近日，我校沉积地质研究院韩中副研究员在Nature Index期刊《EPSL》上发表侏罗纪全球变化研究成果。早侏罗世是潘基亚（Pangea）大陆裂解的关键时期，中大西洋岩浆岩省（Central Atlantic Magmatic Province, CAMP)和Karoo-Ferrar大火成岩省相继喷发，导致该时期全球气候频繁振荡变化，伴随着多次大幅度的碳同位素扰动、快速升温、全球气候和生物环境变化事件，尤其是以三叠纪-侏罗纪界线事件（显生宙五大生物灭绝事件之一）和Toarcian大洋缺氧事件（T-OAE）为典型代表（图1）。深入理解地质历史时期这些快速气候变化事件的触发机制、发展演化过程以及生物环境效应可以在一定程度上为当今人类面临的全球变化提供关键的借鉴和启示。

图1研究区（特提斯喜马拉雅）古地理位置及其早侏罗世碳-硫同位素扰动（左侧）和全球重大事件（右侧）对比。

我国藏南特提斯喜马拉雅在侏罗纪时期位于南半球东特提斯洋南缘，是连接西特提斯和泛大洋的重要区域，发育完整的早侏罗世碳酸盐岩沉积，为研究该时期全球气候和环境变化提供了绝佳的场所（图1）。最近，来自中国、英国、意大利的研究小组，利用新获得的早侏罗世Sinemurian–Pliensbachian期碳酸盐晶格硫（CAS: carbonate-associated sulfate）同位素（δ³⁴S_CAS），同时结合该地区已有的Toarcian期δ³⁴S_CAS和碳同位素（δ¹³C）数据成功地重建了早侏罗世长周期碳-硫循环，并恢复了该时期的全球古海洋变化（图2）。

研究结果显示，Sinemurian–Pliensbachian界线处（~191 Ma）δ³⁴S_CAS呈现~5‰正偏移，总体对应δ¹³C负偏移。碳-硫同位素变化可能与CAMP喷发导致大量轻碳进入大气-海洋系统有关，致使全球升温和大洋含氧量降低，富含δ³²S的黄铁矿埋藏量增加。其次，Pliensbachian晚期（~186 Ma）δ³⁴S_CAS发生大幅度（~10‰）负-正偏移旋回，与δ¹³C正偏移相对应。这种变化被解释为该时期有机质埋藏量增加，同时全球温度和海平面下降，富含δ³²S的大陆风化产物快速注入大洋，但这一趋势很快被黄铁矿的持续埋藏逆转，因此出现了硫同位素大幅度振荡变化；第三，早侏罗期间δ³⁴S_CAS最大的正偏移（高达~20‰）出现在Toarcian早期（~183 Ma），对应δ¹³C快速、大幅度负偏移。这些变化被解释为Karoo-Ferrar大火成岩省、海底天然气水合物和陆地湖泊甲烷等来源的轻碳大量注入大气-海洋系统，导致全球进入快速升温和海洋大规模缺氧，引发巨量的黄铁矿快速埋藏。

进一步的地球化学模拟结果显示，全球海洋硫酸盐浓度（[SO2‒4]_sw）为7.4-28.2 mM（Sinemurian晚期）和0.6-1.5 mM（Toarcian早期），远低于现今大洋（29 mM），说明早侏罗世全球海洋以小硫酸盐库为特征。这种海洋特征可能与早侏罗世期间频繁的黄铁矿和蒸发岩埋藏相关；研究结果还显示，在全球海洋硫酸盐浓度[SO2‒4]_sw在Sinemurian–Toarcian期间持续降低，在Toarcian早期达到最低值（图2）。全球δ³⁴S绝对值对比显示，Sinemurian晚期海洋硫酸盐浓度仍然较高，能维持δ³⁴S_CAS较均一的海洋，但海洋硫酸盐浓度的持续降低导致在Pliensbachian早期出现δ³⁴S_CAS不均一的海洋，进而在T-OAE期间大洋空间上δ³⁴S_CAS的不均一性达到峰值。

该研究是全球首次完整地重建早侏罗世海水硫同位素长周期演化，为后期相关研究提供重要参考；同时早侏罗世温室背景下的这些快速升温事件下发生的气候环境变化对现今全球变暖可能发生的生态环境变化具有重要指示意义。

图2早侏罗世全球硫同位素对比（A, B）以及硫同位素（B）和硫酸盐浓度变化（C）和重大海洋事件的关系（D-E）

该研究以系列成果近期发表于《Earth and Planetary Science Letters》（https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117261）和《Newsletters on Stratigraphy》（https://doi .org /10 .1127 /nos /2021 /0650）。两篇论文第一作者为成都理工大学沉积地质研究院韩中副研究员，通讯作者为南京大学胡修棉教授。共同作者还包括英国利兹大学何天辰博士、Robert Newton副教授、Robert Jamieson博士、牛津大学Hugh Jenkyns教授、伦敦大学学院（UCL）BouDagher-Fadel Marcelle教授、意大利的里雅斯特大学Marco Franceschi助理教授。该研究主要受国家自然科学基金基础中心项目（41888101）、国家自然科学青年基金项目（42002121）、国家杰出青年科学基金项目（41525007）和成都理工大学珠峰科学研究计划联合资助。