近日，國際地學自然指數（Nature Index）期刊《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）正式刊發了中國科學院海洋研究所常鳳鳴研究組與法國海洋開發研究院、自然資源部廣州海洋地質調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，利用新的地球化學指標重建了白堊紀大洋缺氧事件2（OAE 2）期間南半球高緯度地區（~62°S）陸表的硅酸鹽化學風化歷史，這對于深入理解快速碳循環擾動期的區域氣候響應及上述極端事件的結束機制具有重要科學意義。 

　　發生在約94 Ma的OAE 2是白堊紀溫室期最具代表性的極端氣候事件，其具體表現為短期內全球大范圍海洋有機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的一次大規模擾動。大陸表層硅酸鹽的化學風化不僅能夠直接消耗大氣中的溫室氣體CO₂，其風化產物通過河流的向海輸送還能夠促進海洋生物生產力的勃發及海底有機碳的埋藏，因此被認為是推動OAE 2事件結束的重要潛在機制之一。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的相關記錄，因此科研界對OAE 2事件期間大陸表層硅酸鹽化學風化的演化過程及其古氣候環境效應仍然缺乏清晰的認識。  

　　近年來，已有研究發現粘土粒級（< 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風化作用提供新的視角，并由此建立了新的硅酸鹽化學風化指標——Δε_Hfclay。本研究基于國際大洋發現計劃（IODP）369航次在東南印度洋曼達岬海盆鉆取的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行了系統分析，以此來探討南半球高緯度地區大陸表層硅酸鹽化學風化作用對OAE 2事件的響應。 

　　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甲烷沉積物的Nd-Hf同位素組成進行了對比分析（圖2），其結果表明：Δε_Hfclay不受早期成巖作用（即反風化作用）的顯著控制，因此可作為可靠的大陸表層硅酸鹽化學風化作用替代指標。 

　　在OAE 2碳同位素顯著正偏初期（圖3），Δε_Hfclay出現了短暫的快速降低，據推測這可能與當時水文循環加劇所引起的大陸源區（澳大利亞西南部大陸）大型流域系統的再次活躍有關，導致大量僅遭受過弱風化作用的碎屑態沉積物被快速沖刷搬運至研究區內。此后，即OAE 2碳同位素顯著正偏期，Δε_Hfclay的增加指示著南半球高緯度地區大陸表層硅酸鹽化學風化作用的顯著增強，這可能是晚白堊世極端溫室氣候條件下南半球西風帶緯向移動的結果。本研究為強調南半球高緯度地區大陸表層硅酸鹽化學風化效率（weatherability）的增加及其后海底有機質的巨量埋藏在推動極端溫室氣候結束過程中所發揮的潛在關鍵作用提供了最新的證據支持。 

　　論文的第一作者為中國科學院海洋研究所博士畢業生陳紅瑾（現工作于自然資源部廣州海洋地質調查局），通訊作者為法國海洋開發研究院Germain Bayon研究員和中國科學院海洋所徐兆凱研究員。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項、青島海洋科學與技術試點國家實驗室“十四五”重大項目、國家公派留學基金、中國大洋發現計劃（IODP-China）和法國國家科研署項目等的支持。 

　　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ε_Nd及粘土粒級碎屑沉積物Δε_Hfclay和北半球典型剖面δ⁷Li對比