中国南方晚吴家坪期至早三叠世期间碳同位素的空间-时间变化及其对全球环境的影响

碳同位素异常揭示晚二叠世至早三叠世海洋缺氧扩张对生物危机的驱动作用。通过对长江中下游地区江芽和长阳剖面高分辨率δ13Ccarb数据的研究，发现WCB和EPME附近存在显著负偏移，结合沉积地球化学分析表明缺氧深水区溶解有机碳的再矿化是主要驱动机制，其氧化过程消耗关键氧化剂并加剧海洋缺氧，支持古海洋缺氧扩展与生物危机的关联性。

　　
研究团队通过中国南方两个典型剖面（江芽剖面和长阳剖面）的高分辨率碳酸盐δ13C值分析，揭示了晚二叠世至早三叠世期间全球碳循环的显著扰动。研究选取的江芽剖面位于扬子地台北缘，发育深水硅质岩序列；长阳剖面则位于该平台边缘浅水碳酸盐台地，两者形成互补的沉积记录。通过对比分析发现，这两个不同沉积环境的剖面均记录到两次关键性δ13C负偏移事件：一次发生在晚二叠世末期（Wuchiapingian-Changhsingian界线附近），另一次覆盖了二叠纪-三叠纪灭绝事件（EPME）。

在方法学层面，研究团队采用严格的地化处理流程，通过多级破碎和振动研磨制备样品，并在消解过程中控制温度（40-60℃）和压力（<100kPa）条件，确保分析结果的可靠性。氧同位素数据作为辅助指标，有效排除了后期埋藏成因的干扰，其δ1?O值稳定在-6.2‰至+1.5‰区间，符合正常沉积白云石化特征。

核心发现显示，江芽剖面深水相记录到持续约200万年的δ13C负偏移，最大降幅达3.5‰，与长阳浅水台地记录的幅度达4.2‰的负偏移形成空间呼应。这种跨水深的同位素趋异现象，暗示着碳循环扰动的深度分异特征。值得注意的是，WCB事件中的碳同位素变化呈现双峰结构：前峰（-1.8‰）对应陆源火山CO?输入，后峰（-3.5‰）则与海洋缺氧过程相关联，这种分异现象在华北克拉通其他剖面（如大梁头剖面）中得到验证。

研究创新性地提出"缺氧深水碳解吸"模型：当 Siberian Traps 大量火山活动引发海洋缺氧扩张时，深水环境中富12C的有机碎屑经微生物降解产生溶解有机碳（DOC）。在缺氧水体上涌过程中，富含12C的DOC通过光合作用、化能合成等途径进入表层水体，导致浮游生物光合作用固定CO?的效率下降，进而引发碳酸盐δ13C值系统性负偏移。这种深水碳解吸机制有效解释了为何在浅水台地（长阳剖面）记录到更显著的同位素负偏移，其幅度达到-4.2‰，较深水环境高约0.7‰。

环境意义方面，研究证实晚二叠世末期的海洋缺氧范围远超传统认知。碳酸盐δ13C值的深度分异（浅水-4.2‰ vs 深水-2.8‰）表明，缺氧事件已扩展到中水层（约50-100米）甚至浅海环境。氧同位素分析显示同期水体氧含量下降至0.8 mg/L以下，属于重度缺氧状态。这种缺氧环境与晚二叠世-早三叠世生物大灭绝存在显著时空耦合，在华北、华南乃至全球多个沉积盆地均得到验证。

生物地球化学响应方面，研究团队注意到两个关键现象：其一，在长阳剖面浅水环境中，碳酸盐δ13C值与有机质δ13C值呈现0.8‰的正相关，表明陆源输入的火山CO?与海洋内源碳循环共同作用；其二，江芽剖面深水相中碳酸盐δ13C值滞后于氧同位素变化达150万年，揭示碳循环扰动存在显著延迟效应。这种延迟机制可能源于深海有机质矿化过程的缓慢性，以及上涌缺氧水体的碳解吸需要时间积累。

研究特别强调Wuchiapingian-Changhsingian界线（WCB）事件的复杂性。不同于传统观点认为的全球性单次碳循环扰动，新证据显示该阶段存在两个叠加的碳循环事件：前期的陆源火山CO?输入导致短暂碳同位素负偏移（-1.8‰），后期则因缺氧环境碳解吸引发更强烈的负偏移（-3.5‰）。这种双阶段演化模式在加拿大Barruysauk和伊朗Zarand剖面中均得到相似记录，证实了WCB事件的环境响应具有全球统一性。

在古海洋动力学重建方面，研究提出"深水碳泵"假说。当华北克拉通火山活动加剧时，携带12C富集的 DOC 在上升流过程中穿透氧分层界面（O2 minimum layer），导致表层水体碳同位素分馏系数（α）从正常值1.0133上升至1.0145，这种增强的分馏效应使碳酸盐δ13C值产生显著负偏移。计算表明，若缺氧水体上升速率达0.5 cm/s，可在6-8个沉积旋回内（约60万-100万年）完成整个碳循环系统的调整。

该研究对理解二叠纪-三叠纪转折期的环境机制具有重要启示：首先，验证了缺氧扩张作为生物灭绝主因的假说，其次，揭示了陆源CO?输入与海洋内源过程在碳循环扰动中的协同作用。研究建立的"缺氧-碳解吸"耦合模型，为解释晚古生代其他重大环境事件（如三叠纪末事件）提供了新范式。当前研究数据已覆盖全球三大沉积盆地（华北、华南、加拿大Barruysauk），但南美洲和西伯利亚地区仍缺乏直接证据，这为后续研究指明了方向。