在中新世期间，由火山活动引发的周期性事件促进了黑色页岩中有机碳的积累

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Volcanics-driven episodic events enhancing organic carbon accumulation in black shale during the Middle Eocene

渤海湾盆地冀中坳陷沙河店组黑页岩沉积记录显示，中始新世气候最优化事件（MECO）期间（Es3l层）氮同位素异常与气候不稳定相关，而Es4u层底部异常则反映海侵与火山活动的耦合作用。研究揭示边缘海环境对全球气候事件的敏感性，以及火山活动与海侵共同驱动有机质富集机制。

　　在地球历史的长河中，Eocene（始新世）时期是一个极为关键的阶段，标志着从温室气候向冰室气候的转变。这一转变不仅对全球气候系统产生了深远影响，也对生态系统的演变和生物群落的分布造成了重大改变。始新世中期气候最适宜期（Middle Eocene Climatic Optimum, MECO）作为这一时期的重要气候事件，引发了广泛的环境变化，包括海平面的上升、海洋生产力的增强以及生物群落的重新分布。在这一背景下，研究始新世时期沉积物中碳和氮循环的变化，有助于理解当时环境条件如何影响有机碳的富集以及生态系统如何响应这些变化。

本文的研究聚焦于中国东部渤海湾盆地（Bohai Bay Basin, BBB）内的济阳坳陷（Jiyang Depression），该地区在始新世时期形成了具有重要地质意义的边缘海黑色页岩。这些黑色页岩的沉积过程受到周期性海洋侵入和火山活动的双重影响，从而记录了当时复杂的环境变化。通过对济阳坳陷Fanye-1井中大约400米的黑色页岩岩芯进行分析，研究人员旨在探讨始新世中期海洋侵入和火山活动在塑造区域气候和生态系统方面的作用。研究结果不仅有助于揭示始新世时期环境变化的机制，也为理解全球气候事件对区域乃至全球生态系统的影响提供了新的视角。

研究发现，黑色页岩中的氮同位素异常与MECO事件存在密切关联。在始新世第三层（Es3l）的中段，氮同位素值发生了显著波动，这一现象被认为与当时全球气候的不稳定性和海洋侵入的周期性变化有关。同时，在始新世第四层（Es4u）的下段也观察到了一次氮同位素的扰动，这可能反映了海洋侵入与局部火山活动共同作用的结果。这些氮同位素异常的出现，不仅揭示了始新世时期海洋与陆地环境之间的相互作用，还为探讨有机碳富集的机制提供了重要线索。

始新世时期的火山活动在塑造地球生态系统方面发挥了重要作用。火山喷发会释放大量温室气体，如二氧化碳（CO?）和二氧化硫（SO?），这些气体能够增强温室效应，改变全球气候模式。此外，火山活动还为地表环境提供了必要的营养物质，例如火山灰溶解后释放的生物可利用微量元素，这些物质能够促进浮游植物的生长，从而增加有机碳的沉积。研究还表明，火山活动在始新世第三层的沉积过程中起到了关键作用，可能通过改变水体的氧化还原条件和氮循环，促进了有机质的积累。这种火山活动与海洋侵入的相互作用，使得黑色页岩成为研究始新世环境变化的理想材料。

海洋侵入对湖泊盆地的有机质沉积和石油源岩的形成也有显著影响。随着全球气温的升高，海平面逐渐上升，海洋水体能够渗透到沿海湖泊中，增加水体的盐度并促进藻类的生长。这种盐度的升高会增强水体的垂直密度梯度，从而导致水体分层和底部缺氧，有利于有机质的保存。在渤海湾盆地，研究发现始新世时期海洋侵入的频率和强度存在一定的不确定性，但其对有机质沉积的促进作用已被广泛认可。特别是在始新世第三层和第四层，海洋侵入与火山活动的共同作用，使得黑色页岩的沉积环境发生了显著变化，从而记录了这一时期复杂的环境条件。

通过综合分析碳和氮同位素、元素含量以及其他古环境指标，研究人员能够更全面地了解始新世时期环境变化的特征。这些分析方法不仅有助于识别气候事件的年代和强度，还能揭示不同环境因素如何共同影响有机碳的富集。例如，在始新世第三层的中段，研究发现碳和氮同位素的异常与MECO事件的出现时间相吻合，表明这一时期全球气候的剧烈变化对区域环境产生了直接的影响。而在始新世第四层的下段，氮同位素的波动则可能反映了海洋侵入与火山活动的叠加效应，这种效应在不同地质层位上可能呈现出不同的表现形式。

此外，研究还指出，始新世时期渤海湾盆地的沉积环境受到多种地质过程的共同影响。这些过程包括板块构造运动、火山活动以及海洋侵入，它们相互作用，共同塑造了该地区的沉积特征。例如，太平洋板块在欧亚板块下的俯冲作用导致了渤海湾盆地的伸展和沉降，为海洋侵入提供了地质条件。同时，火山活动的周期性发生进一步改变了水体的化学组成，从而影响了有机碳的沉积和保存。这些复杂的地质过程使得渤海湾盆地成为研究始新世环境变化的理想区域，也说明了在该地区进行古环境研究的重要性。

在研究过程中，研究人员还考虑了不同地质层位之间的环境差异。例如，始新世第三层和第四层的沉积环境可能存在一定的区别，这可能与海洋侵入的频率、火山活动的强度以及全球气候的变化速率有关。通过对这些层位的详细分析，研究人员能够更准确地重建始新世时期的环境演变过程，并进一步探讨这些变化对生态系统的影响。这种研究不仅有助于理解始新世时期地球环境的演变，还为预测未来气候变化对生态系统的影响提供了重要的参考依据。

研究还强调了古环境研究在理解地球长期宜居性方面的重要性。通过分析始新世时期的沉积物，研究人员能够了解当时地球的气候系统如何运作，以及生态系统如何适应这些变化。这些信息对于理解地球历史上的环境变化及其对生物群落的影响具有重要意义。同时，研究结果也表明，始新世时期的环境变化不仅限于局部区域，而是具有全球性的影响，这进一步支持了古环境研究在揭示地球系统演变中的价值。

总之，本文通过分析渤海湾盆地济阳坳陷的黑色页岩岩芯，揭示了始新世中期气候最适宜期和火山活动对区域环境变化的影响。研究发现，氮同位素异常与这些气候事件密切相关，反映了当时海洋侵入和火山活动的共同作用。这些结果不仅为理解始新世时期的环境变化提供了新的视角，也为探讨全球气候事件对生态系统的影响提供了重要的科学依据。未来的研究可以进一步扩展这些发现，探索不同地质区域在类似气候事件中的响应机制，从而更全面地理解地球环境的演变过程。