东塔斯曼高原古新世-始新世极热事件的天文年代学：高分辨率轨道强迫与碳循环动态约束

本研究针对古新世-始新世极热事件（PETM）的轨道强迫机制与碳循环反馈问题，通过分析ODP Site 1172岩芯的XRF元素（Fe、Ca）数据，建立了南半球高纬度首个高分辨率天文年代学框架。研究发现PETM持续8-9个岁差周期（约170 kyr），揭示了显著的偏心率、斜率和~170 kyr斜率调幅信号，为理解轨道驱动下的碳释放-封存过程提供了关键时间约束。

　　

约5600万年前的古新世-始新世极热事件（PETM）是地球历史上最剧烈的短期升温事件之一，全球温度在数千年内骤升5.6°C，伴随碳同位素负偏（CIE）和海洋酸化等环境危机。尽管学界普遍认为PETM由大规模碳释放驱动，但其触发机制、持续时间及碳循环反馈过程仍存争议。尤其在南半球高纬度区域，受限于沉积记录不完整，PETM的天文轨道强迫机制与气候响应模式长期缺乏高分辨率时间标尺的约束。

为解决这一科学难题，北京大学等机构的研究团队选取南半球东塔斯曼高原ODP Site 1172（古纬度65°S）的浅海沉积岩芯，通过创新性光谱分析方法与时间序列建模，首次建立了该区域PETM事件的高精度天文年代学框架。研究成果发表于《Global and Planetary Change》，揭示了轨道参数对高纬度碳循环动态的关键调控作用。

关键技术方法包括：1）基于X射线荧光（XRF）扫描获取Fe、Ca元素的高分辨率地球化学序列；2）采用改进的TimeOpt算法识别沉积速率与轨道周期信号；3）结合突变点分析（changepoint analysis）划分碳同位素（δ¹³C_TOC）演化阶段；4）通过多窗谱分析（MTM）、滑动窗分析（SWA）和错误发现率检验（FDR）验证天文信号显著性。

【Geological background】
ODP Site 1172位于东塔斯曼高原西侧（现今水深2620米），PETM时期为水深约300米的浅海环境。岩芯以橄榄灰色黏土岩为主，含少量粉砂质黏土岩，微体化石稀少但沟鞭藻孢粉丰富，为高纬度气候响应研究提供了理想材料。

【Data preparation】
Fe（陆源元素）和Ca（碳酸盐组分）的XRF数据揭示出明显的旋回特征。Fe/Ca比值变化有效响应了轨道尺度气候波动，其中Fe峰值对应陆源输入增强期，Ca峰值反映碳酸盐生产力升高阶段。

【Structure of CIE】
δ¹³C_TOC记录显示PETM起始阶段仅持续半个岁差周期（约5 kyr），主体阶段持续59-113 kyr，恢复期分为快速（30-40 kyr）和慢速（50 kyr）两阶段。低BIT指数（<0.3）证实陆源有机质干扰微弱，保证了碳同位素信号的可靠性。

【Duration of the PETM】
时间序列分析识别出显著的40万年偏心率、4.1万年斜率和17万年斜率调幅周期。沉积速率估算为0.8-0.9 cm/kyr，据此推算PETM总持续时间为8-9个岁差周期（约170 kyr），与北大西洋DSDP Site 690记录高度一致。

【Conclusion】
该研究首次证实南半球高纬度PETM事件受控于轨道强迫，特别是斜率的振幅调制对碳释放过程具有重要影响。建立的0.1万年精度时间标尺为量化有机碳累积率提供了基准，支持PETM碳释放主要来源于火山活动而非甲烷水合物的假说。创新性光谱分析方法为全球PETM记录的对比研究提供了新范式，对理解当代气候变化的轨道驱动机制具有启示意义。