印度洋南部高纬度地区早始新世气候最适期浮游有孔虫的响应（ODP 738号站点）

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Planktic foraminifera response to the early Eocene Climatic Optimum in the southern high-latitude Indian Ocean (ODP Site 738)

浮游有孔虫属Morozovella和Acarinina在早始新世气候最优点（EECO）期间的高纬度（>60°S）环境响应研究，分析ODP Site 738微古生物与地球化学数据，揭示Morozovella相对丰度下降及消失与高纬度环境、水柱结构差异相关，Acarinina保持较多，Subbotina δ13C和壳体尺寸变化显示共生体漂白事件。

　　本研究通过多方面的微体古生物学和地球化学分析，探讨了海洋钻探计划（ODP）第738号钻孔，位于印度洋南部高纬度地区的浮游有孔虫群落对早期始新世气候最适宜期（EECO）的响应。研究主要关注了共生上混合层属（Morozovella和Acarinina）以及非共生下混合层属（Subbotina）的浮游有孔虫在EECO期间的相对丰度和壳体大小的变化。EECO是与大气二氧化碳浓度升高密切相关的一个时期，因此研究这些浮游有孔虫的响应有助于理解地球历史上的气候-生物相互作用。

在早期始新世，Morozovella的丰度首先减少，最终在某些区域几乎消失，而Acarinina则保持相对较高的丰度。研究结果表明，Site 738处Morozovella丰度的下降可能早于西北太平洋、大西洋和东南大西洋地区的下降。这种早期消失可能与Site 738的高古纬度（超过60°S）、水体结构的差异以及营养物质的可获得性有关。此外，研究还记录了三种目标物种——Subbotina velascoensis、Acarinina soldadoensis和Morozovella subbotina的碳稳定同位素值，这些值表现出与壳体大小相关的显著形态变化。这些变化显示，在J碳同位素突变（CIE）事件之前，共生有孔虫的最大壳体大小有所减少；而在J CIE事件之后，共生单种有孔虫的壳体大小与碳同位素值之间的梯度减少。这些变化可能与EECO底部极端环境压力引起的共生活动减少（即“白化事件”）有关。然而，Acarinina soldadoensis的壳体大小在M CIE事件之后又恢复到最大值。

现代人类活动导致的二氧化碳排放已经使得海洋吸收了更多的二氧化碳，进而导致海面温度上升和海水pH值下降。这种全球变暖对海洋生物的分布、季节活动时间、丰度和迁徙模式产生了深远的影响。此外，海洋酸化对生物的影响包括幼体和成体生长速率的降低、碳酸钙壳体生物的溶解以及死亡率的增加。预计到本世纪末，大气中二氧化碳浓度的上升将进一步导致全球平均海面温度上升2.6–4.8°C，并使海水pH值下降0.3–0.4个单位。这种变暖在南大洋尤为显著。随着地球迈向更温暖的未来，理解生物对长期变暖的敏感性变得尤为重要。然而，预测海洋生物对温暖海水的反应并不简单，因为实验室实验无法模拟种群的长期适应和进化过程。鉴于地球历史上曾经历过持续温暖的时期，地质记录可以用于研究气候-生物相互作用，并补充在相似条件下进行的短期实验室实验。

古新世-始新世热事件（PETM）和早期始新世气候最适宜期（EECO）是全球变暖事件中最为显著且研究最为深入的两个时期。PETM发生在约56百万年前，标志着一个约17万年的全球变暖期，其全球平均海面温度（GMST）达到了31.6°C，比工业化前的温度高了17.6°C（工业化前的GMST约为14°C）。相比之下，EECO的变暖则更为长期，从约53百万年至49百万年前。EECO的开始被定位于J CIE事件，即在Chron C24n.2rH1的53.26百万年前。浮游有孔虫对这一变暖事件的响应已被多个研究记录，例如Luciani等人（2017a, 2017b）和D'Onofrio等人（2020）的工作。EECO期间的全球平均海面温度约为27.0°C，比工业化前的温度高了13.0°C。

PETM相关的碳同位素突变（CIE）显示了一个迅速的开始，这使其与其他早期始新世碳循环的短暂扰动区分开来。这种快速的碳同位素突变被认为是大量轻碳迅速进入海洋大气系统的结果。PETM期间深水变暖和随后的氧气缺乏可能引发了中生代-新生代最大的深海有孔虫灭绝，并促使陆地和海洋生物向极地迁移。这种变暖可能对PETM和EECO期间的浮游有孔虫产生影响，导致共生有孔虫壳体大小的减少，以及这些有孔虫的相对丰度发生变化。

浮游有孔虫是海洋中钙 carbonate 生产的主要生物之一，它们在生物碳和碳酸盐海洋泵中扮演着重要角色。浮游有孔虫的壳体通常直径在0.1至1.0毫米之间。实验室研究表明，高二氧化碳浓度会导致钙 carbonate 生物的钙化减少和壳体重量下降。共生藻类的浮游有孔虫在EECO期间特别容易受到海面温度上升的影响，可能导致共生活动的减少，即所谓的“白化事件”。在深时间尺度上，共生藻类的浮游有孔虫的鉴定完全依赖于其壳体中碳和氧同位素组成的发育变化。通常假设，共生藻类的化石种群在同一样本中表现出最负的δ1?O和最正的δ13C值，这表明它们的栖息环境比非共生种群更浅。此外，壳体大小与δ13C之间的关系被用作共生活动的指标，而壳体大小与δ13C之间的相关性减弱可能表明发生了“白化事件”。

基于这些标准，Morozovella和Acarinina被视为早期古新世热带-亚热带海洋中的主要钙 carbonate 生产者，它们属于共生上混合层居住者。在极端海水温度上升的时期，这些物种可能更容易受到“白化事件”的影响。事实上，已有证据表明在J CIE事件期间（53.26百万年前），这两个属都经历了短暂的共生藻类流失，这通过壳体大小与δ13C的分析得以确认。之前的研究也表明，在J CIE事件期间，Morozovella的物种丰富度和相对丰度减少，而Acarinina的物种丰富度和相对丰度增加。然而，在高古纬度（超过60°S）地区，关于这些属对J CIE事件的反应的定量数据尚未发表。

为了研究高古纬度地区共生Morozovella和Acarinina以及非共生Subbotina浮游有孔虫的响应，我们分析了ODP Hole 738C的早期始新世沉积物。此前在该地点的低始新世研究提供了浮游有孔虫和钙质浮游植物的生物地层框架，并表明该沉积序列保存了良好的浮游有孔虫化石。本研究的主要目标包括：1）提供高古纬度地区共生浮游有孔虫种群（Morozovella和Acarinina）的丰度和壳体大小变化的定量数据；2）识别共生有孔虫与非共生Subbotina种群之间的壳体大小与δ13C值的变化，以判断是否发生了共生活动的减弱；3）将这些数据与之前发表的低至中纬度海洋地点的Morozovella、Acarinina和Subbotina记录进行对比。

ODP Hole 738C位于凯尔盖朗高原的东南边缘，是印度洋南部高纬度地区的理想研究地点。该地点的沉积物形成于开放海洋环境，为研究过去气候波动提供了良好的背景。低始新世的沉积物包括钙质浮游植物软泥和白垩，这些沉积物在生物地层和地球化学研究中具有重要意义。在本研究中，我们对ODP Hole 738C的样本进行了详细的分析，这些样本涵盖了从235.28到283.40米的沉积物深度。通过这些样本，我们能够深入了解EECO期间浮游有孔虫的生态变化及其对气候波动的响应。

本研究的材料和方法部分包括对ODP Hole 738C的89个整块样本和24个清洗样本的分析。这些样本由 Kochi 核心中心和史密森尼国家自然历史博物馆提供。通过这些样本，我们能够获取详细的碳和氧稳定同位素数据以及碳酸钙含量。这些数据不仅有助于确定沉积物的年代，还能揭示EECO期间的环境变化。此外，我们还利用这些样本对共生和非共生浮游有孔虫的壳体大小与同位素值之间的关系进行了分析，以判断是否存在“白化事件”。

在生物地层和地球化学数据部分，我们对ODP Hole 738C的沉积物进行了详细的分析，这些沉积物覆盖了从235.28到283.40米的深度。研究结果显示，这些沉积物具有非常高的碳酸钙含量，平均约为99%。除了某些局部变化外，碳酸钙含量在J CIE事件附近出现了一个明显的下降，这与碳同位素值的负向变化相吻合。这些数据不仅有助于确定沉积物的年代，还能揭示EECO期间的环境变化。此外，壳体大小与碳同位素值之间的关系也被用于判断共生活动的变化。

为了准确地确定沉积物的年代，我们采用了生物地层模型。许多早期始新世的浮游有孔虫种群，包括在低纬度地区发现的大多数分带标志种，可能在高纬度地区缺失或罕见。因此，为高纬度地区之间的沉积物建立了独立的分带方案。一些种群可以被可靠地关联，用于构建年代模型。通过这些数据，我们能够更精确地确定EECO期间的气候波动。

研究结果表明，在EECO期间，Morozovella的丰度首先在J CIE事件之前减少，随后在某些区域几乎消失，而Acarinina则保持相对较高的丰度。这种变化可能与高古纬度地区的环境条件有关，包括水体结构的差异和营养物质的可获得性。此外，研究还表明，Morozovella和Acarinina的壳体大小与碳同位素值之间的关系在J CIE事件后发生了变化，这可能反映了共生活动的减弱。然而，Acarinina soldadoensis的壳体大小在M CIE事件后又恢复到最大值。

本研究还揭示了在高古纬度地区，浮游有孔虫的壳体大小与碳同位素值之间的关系。这种关系的变化可能与共生活动的减弱有关，表明在极端环境压力下，共生藻类的浮游有孔虫可能遭受了“白化事件”。这些发现不仅有助于理解EECO期间的气候-生物相互作用，还为预测现代海洋生物对气候变化的响应提供了重要的参考。此外，研究结果还表明，浮游有孔虫的壳体大小和碳同位素值的变化可以作为评估气候波动的指标，为未来的气候研究提供了新的视角。

通过本研究，我们能够更全面地了解高纬度地区浮游有孔虫对EECO期间气候波动的响应。这些发现不仅有助于解释古新世-始新世时期的生态变化，还为理解现代海洋生物对气候变化的适应能力提供了借鉴。此外，本研究还为未来的气候-生物相互作用研究提供了基础，特别是在高纬度地区的生态响应。这些数据可以用于对比不同地区的气候波动，并帮助科学家更好地预测未来气候变化对海洋生态系统的影响。