在泛大洋西北部，当托阿尔西亚海洋缺氧事件导致的碳同位素异常逐渐恢复期间，海洋生产力有所提高

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Increase in marine productivity during the recovery phase of carbon isotope excursion from the Toarcian Oceanic Anoxic Event at the Northwest of the Panthalassa Ocean

早侏罗世托阿尔克洋无氧事件（T-OAE）期间海洋初级生产力变化及其驱动机制。通过对日本Yamaguchi地区Panthalassa西北大陆架沉积物中叶绿素衍生物（geoporphyrins）和雄烯树脂（maleimides）的分析，发现T-OAE恢复期后初级生产力显著提升，可能与营养输入增加有关，而非底水氧化还原条件或沉积保存效应。

　　在地球历史的长河中，海洋环境的变化往往与全球气候的波动密切相关。其中一个重要的地质事件是早侏罗纪的托尔西亚海洋缺氧事件（Toarcian Oceanic Anoxic Event, T-OAE），大约发生在1.83亿年前。这一事件被广泛认为是地球历史上一次重大的环境扰动，其特征是大量有机质在海洋中沉积，形成了富含有机物的黑色页岩。同时，这一时期也伴随着海洋生物的大规模灭绝，尤其是在欧洲地区表现尤为明显。此外，T-OAE期间还出现了显著的陆地风化增强和全球水循环的变化，这些现象被认为与当时全球气温的升高有关，而气温升高可能源于费拉尔大火成岩省（Ferrar Large Igneous Province）的形成、煤炭的热成因以及甲烷的释放等过程。

T-OAE所导致的环境恶化在地质记录中表现为一次大规模的碳同位素偏移（Carbon Isotope Excursion, CIE）。具体来说，有机碳的同位素比值在该事件期间出现了从-5到-7‰的显著下降，而碳酸盐的同位素比值则从-3到-6‰。这种碳同位素的负偏移通常被认为是碳循环受到严重干扰的标志，表明有大量的轻碳输入到海洋系统中。轻碳的来源包括同时期的费拉尔大火成岩省、富含有机质的页岩的热转化、陆地甲烷生成以及甲烷水合物的分解等。然而，尽管已有许多研究试图解释这些碳同位素偏移的成因，对于T-OAE之后恢复过程中的环境变化以及这一恢复过程中海洋初级生产力的变化，仍然存在诸多未解之谜。

在T-OAE的恢复阶段，正向的碳同位素偏移（positive CIE）被认为可能与轻碳输入的停止以及增强的碳封存有关。这种正向偏移可能反映了海洋中碳循环的调整过程，而这一调整可能与海底水温的下降以及海洋化学条件的改善有关。通过碳循环模型和保存良好的腕足类化石氧同位素记录，研究人员推测在这一恢复阶段，海底水温可能经历了6到10℃的显著降温。与此同时，利用分子代理重建的海表温度和基于氧同位素的复合记录显示，这些温度指标在CIE恢复阶段之前就已经开始下降，并在该阶段达到了最低值。这些变化表明，T-OAE之后的环境条件正在逐渐改善，为海洋生态系统恢复提供了可能的条件。

然而，海洋初级生产力的变化仍然是一个复杂的问题。许多研究已经探讨了T-OAE期间海洋初级生产力的波动，认为这一时期由于全球水循环的增强，陆地风化作用的加剧，导致了更多的营养物质被输送到海洋中，从而刺激了海洋生物的生长和繁殖。但这些研究往往面临一个关键的挑战，即如何区分海洋初级生产力增强的信号与有机质保存潜力的增加。例如，某些环境因素可能会导致更多的有机质被沉积下来，而这些有机质的保存并不一定意味着当时海洋中存在更多的初级生产力。因此，为了更准确地重建海洋初级生产力，需要寻找更为直接的证据。

在这一背景下，研究者们开始关注沉积物中的叶绿素化石。这些化石来源于海洋初级生产者，如浮游植物，其化学成分和结构可以作为海洋生产力的指示器。特别是，通过铬酸氧化提取的叶绿素化石，可以得到其碎片化分子，如马来酰亚胺（maleimide）和邻苯二甲酰亚胺（phthalimide），这些分子被认为是光合作用生物的生物标志物。由于叶绿素化石具有易降解的特性，它们的保存情况受到沉积环境和后期成岩作用的显著影响。因此，在进行研究时，需要特别关注沉积物的保存条件，以确保所观察到的叶绿素化石信号确实反映了当时的初级生产力水平，而不是保存潜力的差异。

本研究选取了日本山口县西部的太播盆地中的太原群（Toyora Group）作为研究对象，该地区位于泛古洋（Panthalassa Ocean）的西北沿海区域。太原群的沉积序列主要由下侏罗纪至中侏罗纪的陆架沉积物构成，包括高石川层、西中川层和东野田层。其中，高石川层主要由含有少量细粒砂岩的泥质页岩组成，被认为是研究T-OAE期间海洋初级生产力变化的理想区域。为了减少沉积速率和底水氧化还原条件对叶绿素化石保存的影响，研究者们专门选择了新鲜的黑色页岩样本进行地球化学分析，并避免了那些可能影响沉积物保存的事件沉积物，如浊积岩、沉积岩和风暴岩。

在分析过程中，研究团队还结合了同一样本的生物扰动指数（ichnofabric index）和之前报道的氧化还原代理数据，以更全面地理解叶绿素化石的保存条件及其与海洋初级生产力之间的关系。通过比较这些数据，研究者们发现，在T-OAE主阶段向恢复阶段过渡时，马来酰亚胺的浓度出现了显著增加。这一现象与样本中推断的海洋氧化还原条件没有明显的相关性，表明马来酰亚胺浓度的增加可能更直接地反映了海洋初级生产力的增强，而非单纯的保存潜力提升。因此，这一发现为理解T-OAE期间海洋初级生产力的变化提供了新的视角。

进一步的分析表明，营养物质的供给可能是调节海洋初级生产力变化的关键因素。在T-OAE的恢复阶段，随着全球水循环的增强和陆地风化的加剧，更多的营养物质被输送到海洋中，这可能为海洋初级生产者提供了充足的养分，从而促进了其生长和繁殖。然而，这一过程也受到其他因素的影响，如海洋酸化、沉积速率的变化以及生物扰动的程度。这些因素可能共同作用，影响了叶绿素化石的保存和分布，进而影响了对海洋初级生产力的重建。

本研究的发现不仅为理解T-OAE期间海洋初级生产力的变化提供了新的证据，也为探讨全球环境变化对海洋生态系统的影响提供了重要的参考。通过分析叶绿素化石和相关地球化学指标，研究者们能够更准确地识别海洋初级生产力的波动，并将其与全球气候变化、营养物质供给和氧化还原条件的变化联系起来。这一研究强调了在重建古海洋生产力时，需要综合考虑多种因素，以避免因保存条件的不同而产生的误解。

此外，本研究还揭示了T-OAE恢复阶段的环境变化可能与海洋初级生产力的增强密切相关。在这一阶段，海洋生态系统可能经历了一个复杂的恢复过程，包括营养物质的重新分配、生物群落的调整以及海洋化学条件的改善。这些变化不仅影响了海洋初级生产力的水平，也可能对整个海洋生态系统的结构和功能产生了深远的影响。因此，理解T-OAE期间海洋初级生产力的变化，不仅有助于揭示这一地质事件的环境影响，也为研究全球气候变化对海洋生态系统的影响提供了重要的基础。

总的来说，本研究通过分析叶绿素化石和相关地球化学指标，为理解T-OAE期间海洋初级生产力的变化提供了新的证据。这些证据表明，营养物质的供给可能是调节海洋初级生产力变化的关键因素，而叶绿素化石的保存情况则可能受到多种环境因素的影响。未来的研究可以进一步探讨这些因素之间的相互作用，以及它们如何共同影响海洋初级生产力的变化。此外，还可以结合更多的地球化学和古生物学数据，以更全面地理解T-OAE及其恢复阶段的环境变化，从而为研究全球气候变化和海洋生态系统之间的关系提供更深入的视角。