四川盆地下侏罗统丹寨组的天文校准与碳同位素地层学研究：对“T-OAE”事件成因的启示

《Global and Planetary Change》：Astronomical calibration and carbon isotope stratigraphy of the Lower Jurassic Daanzhai Member in the Sichuan Basin: Implications for the cause of T-OAE

T-OAE期间四川盆地达州组通过伽马射线测井与碳同位素地层对比建立高分辨率年代学模型，揭示事件持续约360万年并分为 onset、body、recovery 三个阶段，证实预cession气候强迫对碳循环影响，湖相沉积有机碳富集达背景2-5倍。

　　在地球历史的长河中，早侏罗纪的托尔西安海洋缺氧事件（Toarcian Oceanic Anoxic Event, T-OAE）是一个具有深远影响的重要地质事件。该事件发生于约183百万年前，标志着全球气候和环境系统的一次剧烈变化。T-OAE不仅在海洋沉积物中留下了显著的标志，还在陆地湖泊沉积物中形成了特殊的记录，这些记录对于理解当时的环境变化和碳循环过程具有关键意义。然而，由于不同研究对T-OAE持续时间的估算存在较大差异，从300千年至1200千年的范围，这使得在更精确的时间框架下研究该事件的全球影响变得复杂。近期的高精度地质年代学研究则指出，T-OAE的持续时间约为288千年，这一结果对传统的旋回地层学框架提出了挑战。因此，建立一个高分辨率的陆地天文地层学（Astronomical Timescale, ATS）对于协调旋回地层学研究与放射性同位素年代测定至关重要。

为了应对这一挑战，研究团队选取了中国南方地块四川盆地的“大安寨段”作为研究对象，该段是早侏罗纪陆相沉积记录中最为深入研究的区域之一。通过对该段的伽马射线测井数据和碳同位素地层数据进行时间序列分析和全球对比，研究人员成功构建了一个高分辨率的陆地天文地层学模型。这一模型不仅能够为T-OAE提供更精确的时间定位，还能揭示该事件在全球碳循环中的具体作用机制。根据研究结果，T-OAE在 Paleo-Sichuan Lake 中的持续时间约为360千年，可以进一步划分为三个阶段：起始阶段（约198千年）、主体阶段（约80千年）和恢复阶段（约75千年）。这些阶段的划分有助于更细致地分析该事件对环境和生态系统的影响。

T-OAE的形成与当时全球气候的显著变化密切相关。研究发现，该事件期间，大气中的二氧化碳浓度和全球平均气温均出现了短暂的上升，这可能与大规模火山活动或大陆风化作用增强有关。同时，海洋中的氧气最低区（Oceanic Oxygen Minimum Zones, OMZs）的扩张导致了广泛沉积富含有机碳的黑色页岩，这在海洋和湖泊沉积物中均有所体现。这种沉积模式不仅反映了全球碳循环的扰动，也表明了T-OAE对生态系统和生物多样性的深远影响。然而，由于陆地沉积物中的碳同位素记录与海洋沉积物相比更为复杂，且缺乏高精度的年代测定，长期以来陆地和海洋记录之间的对比一直存在困难。

为了克服这一问题，研究团队采用了多谱分析（Multi-Taper Method）对调谐后的有机碳同位素记录进行了深入分析，发现岁差（precession）强迫在T-OAE期间对碳循环的变化产生了显著影响。这一发现进一步支持了之前关于T-OAE与地球轨道参数变化之间存在关联的假设。此外，研究还表明，在 Paleo-Sichuan Lake 中，有机碳质量积累速率比背景水平高出2至5倍，这表明该湖泊在区域碳循环调节中可能发挥了重要作用。这种高积累速率可能是由于湖泊水体的富氧条件、高生产力的水生生态系统以及有机物快速沉积的环境因素共同作用的结果。

通过将海洋和陆地沉积记录进行校准，这项研究为重建T-OAE的全球时间序列和碳循环扰动模式提供了重要的时间窗口。这一成果不仅有助于更准确地理解T-OAE的持续时间及其对全球环境的影响，还为后续研究提供了可靠的年代框架，使得科学家能够在更精细的时间尺度上分析该事件与气候变化、生物演化之间的相互关系。同时，这项研究也强调了陆地沉积记录在地质年代学研究中的独特价值。与海洋沉积相比，陆地沉积物具有更高的沉积速率，这使得周期性信号的检测更为容易。此外，陆地沉积物还能够保存更多与陆地生态系统相关的信息，例如植物群落的演变和化学风化的强度，这些信息对于揭示全球气候变化的驱动机制具有重要意义。

除了对碳循环和环境变化的分析，这项研究还关注了T-OAE期间湖泊生态系统的变化。通过分析沉积物中的生物化石和化学指标，研究人员发现该事件对湖泊生物群落产生了显著影响。例如，某些淡水生物的分布和多样性在T-OAE期间发生了明显变化，这可能与湖泊水体的缺氧状况、营养盐供应的变化以及温度波动有关。这些变化不仅反映了湖泊环境的剧烈波动，也提供了关于当时生态系统如何应对极端气候条件的重要线索。

研究团队还通过多学科方法对T-OAE期间的气候和环境变化进行了综合分析。除了伽马射线测井数据和碳同位素记录，他们还结合了其他地质和地球化学指标，如沉积物粒度、矿物成分和微量元素分布等，以构建更全面的环境变化模型。这些数据的整合有助于更准确地识别T-OAE期间的气候信号，并进一步探讨其对全球碳循环和生态系统的影响。此外，研究还关注了T-OAE对地球生物圈的长期影响，例如某些物种的灭绝和新物种的出现，这些变化可能与当时全球环境的剧烈波动密切相关。

为了确保研究结果的可靠性，研究人员采用了多种方法对数据进行了验证。例如，他们通过全球碳同位素地层对比，确认了研究区域的碳同位素记录与全球其他地区的T-OAE记录具有良好的一致性。这种一致性不仅增强了研究结果的可信度，也为未来的跨区域研究提供了重要的参考。此外，通过时间序列分析和周期性信号的识别，研究人员能够更精确地确定T-OAE的起始、持续和恢复阶段，从而为该事件的时间框架提供了新的视角。

这项研究的成果对于理解地球历史上的气候事件具有重要意义。T-OAE作为一个典型的气候扰动事件，其研究不仅有助于揭示早侏罗纪时期的环境变化，还能为现代气候研究提供重要的历史借鉴。通过分析过去气候事件的驱动机制和影响范围，科学家可以更好地理解当前全球气候变化的潜在趋势和可能后果。此外，T-OAE的研究还对地球系统的长期演化具有启示作用，例如碳循环的稳定性、生物多样性的变化以及生态系统对极端环境条件的适应能力等。

在方法论上，这项研究采用了高分辨率的测井技术和碳同位素地层分析，这为未来的地质年代学研究提供了新的思路和技术手段。传统的旋回地层学研究通常依赖于海洋沉积物中的周期性信号，而陆地沉积物由于其较高的沉积速率和复杂的环境因素，往往难以准确识别这些信号。然而，通过结合多种数据来源和分析方法，研究人员成功地在陆地沉积物中重建了高精度的天文地层学模型，这表明在特定条件下，陆地沉积物同样可以用于研究地球轨道参数对气候和环境的影响。这种发现不仅拓宽了旋回地层学的应用范围，也为全球气候事件的多维度研究提供了新的可能性。

此外，这项研究还强调了国际合作在地质年代学研究中的重要性。由于T-OAE的研究涉及多个地区和不同类型的沉积记录，因此需要全球范围内的数据共享和跨学科合作。通过对比不同地区的碳同位素记录和沉积特征，研究人员能够更全面地理解该事件的全球影响，并在更精确的时间框架下分析其与气候变化、生物演化之间的关系。这种合作模式不仅有助于解决当前研究中的数据缺口问题，也为未来的研究提供了更广阔的空间。

在实际应用方面，这项研究的结果可以为地质资源勘探和环境变化研究提供重要的参考。例如，T-OAE期间形成的有机碳富集沉积物可能具有特殊的地球化学特征，这些特征可以用于识别和评估古生代和中生代时期的沉积环境。此外，对T-OAE期间湖泊生态系统变化的研究，也可能为现代湖泊环境的保护和管理提供借鉴，尤其是在面对气候变化和人类活动对湖泊生态系统的影响时。通过理解过去湖泊环境的变化机制，科学家可以更好地预测未来湖泊生态系统的演变趋势，并制定相应的保护措施。

总的来说，这项研究通过建立高分辨率的陆地天文地层学模型，为T-OAE的研究提供了新的视角和更精确的时间框架。这一成果不仅有助于协调旋回地层学与放射性同位素年代测定之间的差异，也为理解全球碳循环和生态系统变化提供了重要的科学依据。同时，研究团队在方法论上的创新和多学科整合，为未来的地质年代学研究树立了新的标杆。通过深入分析T-OAE期间的环境变化和生物响应，科学家能够更全面地认识地球历史上的气候事件，并为应对当前和未来的气候变化挑战提供有价值的参考。