始新世-渐新世过渡时期的冷却还是富营养化？来自波兰外西喀尔巴阡山脉中钙质纳米化石的证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Cooling or eutrophication at the Eocene–Oligocene transition? Evidence from calcareous nannofossils in the Polish Outer Western Carpathians

埃尼鄂-渐新世过渡带钙质浮游生物生物地层与古生态学研究，揭示高自生种比例生物群（Coccolithus pelagicus和Cyclicargolithus floridanus为主）对应NP21带（CNE21/CNO1亚带），显示古生态适应营养输入变化而非直接气候冷却影响，Menilite Formation下部Reticulofenestra bisecta爆发反映短期环境压力。

　　研究聚焦于波兰外西里西亚喀尔巴阡地区的Hy?ne和Tarnawka剖面，属于Globigerina Marl（全球性泥灰岩）的Eocene–Oligocene过渡期。通过对钙质浮游植物（nannoplankton）的生物地层和古生态分析，研究揭示了这一时期海洋生态系统的变化及其与气候变迁之间的关系。研究结果表明，钙质浮游植物的保存状况良好，这使得研究人员能够准确地进行分类识别和定量分析。在Hy?ne和Tarnawka剖面中，共鉴定出20个属、41个种，其中Coccolithus pelagicus和Cyclicargolithus floridanus是主要的种群。这些种群具有较高的自生性比例，表明它们主要来自原生环境，而非外来沉积物的再搬运。从生物地层学的角度来看，这些种群属于NP21带，根据Agnini等人（2014）的划分，可以进一步细分为CNE21（最晚Priabonian期）和CNO1（最早Rupelian期）。CNO1带对应于一个显著的气候变冷时期，然而，对所研究种群的古生态分析显示，这些浮游植物主要以温带至冷水种为主，仅有较小的波动。这表明，观察到的种群组成更可能反映的是富营养环境的偏好，而非直接对全球变冷和南极冰盖扩展的响应。这些富营养的环境可能源于陆源物质的周期性增加。随后，在上覆的下Menilite形成层中，Reticulofenestra bisecta的突然繁盛标志着一个短暂的生态变化，向单一物种主导的种群转变，这可能与环境压力有关。

Eocene–Oligocene过渡期标志着全球海洋环流和气候的重大变化，主要表现为冷却，这导致了海洋生物群的显著更替（Keigwin Jr., 1980; Keigwin and Corliss, 1986; Keller, 1983; Oberh?nsli and Hsü, 1986; Rea et al., 1990; Shackleton, 1986）。当时全球范围内的冷却促使南极冰盖持续扩展，同时伴随着大陆地区的相对抬升，即使这些地区远离南极。海底温度从早Eocene时期的约12–13?°C下降至晚Eocene时期的约8–9?°C，进一步降至最早Oligocene时期的约3–4?°C（Shackleton, 1986; Savin, 1977; Boersma et al., 1987）。根据Miller等人（2009）的研究，Eocene–Oligocene过渡期的冷却主要由三个阶段构成：（1）EOT-1（33.80?Ma，深水冷却约2?°C，海平面下降约25?m），（2）EOT-2（33.63?Ma，伴随进一步的深水冷却和较小的海平面下降），（3）Oi-1（33.45?Ma，涉及额外2?°C的深水冷却以及显著的海平面下降80?±?25?m）。这一变化模式是通过大西洋和太平洋海洋中的氧同位素研究得出的。然而，这一变化模式在全球范围内的记录程度以及如何通过其他替代性指标进一步研究，仍然是一个未解的问题。

在欧洲，Oligocene–Eocene过渡期的特征是古地理和古生态的显著变化，尤其是在西方和东方特提斯海区域。这种转变始于nannoplankton的NP21–22带，并导致了长期的缺氧底栖条件，从而在许多地区沉积了黑色页岩（Schulz et al., 2005）。在喀尔巴阡地区的沉积领域，这一转变表现为从深海和半深海的Globigerina泥灰岩向油页岩的过渡。这些古环境的变化主要发生在喀尔巴阡飞地（flysch）域的北部外部部分（包括Skole、Sub-Silesian、Silesian和Dukla沉积区），在较小程度上影响了特兰西瓦尼亚和中喀尔巴阡的古新世单元，而在Magura盆地的影响则非常有限（Soták, 2010; Ková? et al., 2016a, 2016b; 2017a, 2017b）。因此，喀尔巴阡地区的Globigerina泥灰岩向油页岩的过渡，代表了一个在沉积序列中非常适合研究Eocene–Oligocene过渡期气候变化的区间。

研究机会来自于对波兰外西里西亚喀尔巴阡地区的Hy?ne和Tarnawka剖面中的钙质浮游植物进行调查。这两个剖面涵盖了Globigerina泥灰岩的上部和Menilite页岩的下部，对应于所讨论的冷却事件的时间区间。研究结果构成了本文的核心内容，特别强调了基于钙质浮游植物丰度模式和空间分布的古生态解释。这种方法旨在通过浮游植物的组成特征来推断表层海水的温度和生产力。尽管本研究地理范围有限，但它为更广泛的讨论提供了有价值的参考。

研究区域位于外喀尔巴阡造山带的褶皱和逆冲带中，这一构造带是喀尔巴阡飞地盆地沉积物的一部分（图1A、B）。该构造带形成于欧洲板块向南俯冲至东阿尔卑斯–西喀尔巴阡–北潘诺尼亚（ALCAPA）单元的过程中（例如，Oszczypko, 1999; Oszczypko, 2006; Schmid et al., 2008; Ková? et al., 2016a, 2016b; 2017a, 2017b）。该构造带包含上侏罗纪至下中新世的沉积物，其中Globigerina泥灰岩的沉积层与晚期的Menilite页岩形成层密切相关。这些沉积层的特征反映了当时的海洋环境条件，同时也为研究气候变迁提供了重要线索。

为了获取更详细的地质信息，研究人员在Hy?ne剖面中按照“床对床”的方式采集了27个样本，其中样本10/N/22–36/N/22来自河谷区域，而样本37/N/22和38/N/22则来自距离河谷约5–6米的附近斜坡上的露头。此外，还在Tarnawka剖面中采集了11个样本（图1、图2）。所有样本均采用标准的 smear slide 技术进行处理，以便在光学显微镜下进行钙质浮游植物的分析。这一过程包括对样本的制备、漂浮物的分离和观察，以确保获得准确的分类数据。

Hy?ne剖面的暴露部分属于Strwi?? Globigerina Marl Member，厚度约为3米。它由薄层的灰色和灰绿色的粘土质泥灰岩交替组成，每层厚度在几厘米到十几厘米之间，夹杂着三层薄层的绿色、含有绿泥石、细粒砂岩。灰色和灰绿色色调在剖面的上部占据主导地位。砂岩层的底部接触面尖锐，向上逐渐变细，并迅速过渡到上覆的泥灰岩层。这一特征表明，沉积环境在不同层位之间发生了显著变化，反映了当时海洋环境的动态过程。

Tarnawka剖面的沉积层则具有类似的特征，但具体细节可能有所不同。该剖面的沉积层同样包含Globigerina泥灰岩和Menilite页岩，其中泥灰岩层与页岩层的过渡反映了Eocene–Oligocene过渡期的气候和环境变化。通过对这些剖面的详细分析，研究人员能够更准确地确定该时期钙质浮游植物的组成变化及其与环境条件之间的关系。这些数据不仅有助于理解该地区的地质历史，也为全球范围内的气候变化研究提供了新的视角。

生物地层学分析显示，Eocene–Oligocene边界发生在33.9?Ma，位于nannoplankton的NP21带内（Martini, 1971）。根据Agnini等人（2014）的划分，CNO1带的底部（即NP21带的上部）标志着Oligocene的下界，而CNE21带的底部（即NP21带的下部）则对应于最晚的Eocene（图6）。长期以来，Discoaster barbadiensis或D. saipanensis的最后出现（LO）被用作Eocene–Oligocene过渡期的生物地层学标志。然而，随着研究的深入，这些标志物的使用逐渐被更精确的nannoplankton分析所取代。在Hy?ne和Tarnawka剖面中，通过nannoplankton的组成特征，研究人员能够将Strwi?? Globigerina Marl Member的上部精确地归入最新Priabonian至最早Rupelian期。值得注意的是，在这两个剖面中没有发现Discoaster saipanensis或D. barbadiensis，这两个种是典型晚Eocene的代表。这表明，研究区域可能位于Eocene–Oligocene过渡期的早期阶段，而该区域的沉积层并未完全记录晚Eocene的生物群特征。

通过对这些剖面的详细分析，研究人员能够进一步探讨Eocene–Oligocene过渡期的生物地层学特征及其与环境变化之间的关系。这些数据不仅有助于确定该时期的具体时间范围，也为研究海洋生态系统的响应提供了重要的证据。例如，CNO1带的出现可能与全球变冷和南极冰盖扩展相关，但研究结果表明，该时期的钙质浮游植物组成更可能反映的是富营养环境的偏好。这种偏好可能源于陆源物质的周期性增加，而非直接的气候变冷。因此，研究不仅揭示了气候变化对海洋生态系统的影响，也强调了环境因素在塑造生物群组成中的作用。

此外，研究还关注了钙质浮游植物的丰度模式和空间分布。通过对这些模式的分析，研究人员能够推断出表层海水的温度和生产力变化。例如，某些种群的丰度增加可能与温度下降或生产力提高有关，而某些种群的减少则可能反映环境压力或生态变化。这些数据为理解Eocene–Oligocene过渡期的生态变化提供了新的视角，并有助于建立更精确的生物地层学框架。同时，这些数据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依据。

研究还探讨了钙质浮游植物的分布模式与沉积环境之间的关系。例如，某些种群的分布可能受到水体温度、盐度和营养状况的影响，而这些因素又与全球气候变化密切相关。通过对这些因素的分析，研究人员能够更准确地理解Eocene–Oligocene过渡期的生态变化及其驱动机制。此外，研究还关注了钙质浮游植物在不同沉积层中的分布变化，这些变化可能反映了环境条件的波动或生态系统的适应过程。

总体而言，本研究通过对Hy?ne和Tarnawka剖面中钙质浮游植物的分析，揭示了Eocene–Oligocene过渡期的生物地层学特征和古生态变化。这些变化不仅与全球气候变化相关，也受到局部环境条件的影响。研究结果表明，这一时期的生物群组成更可能反映的是富营养环境的偏好，而非直接的气候变冷。因此，研究不仅为理解该地区的地质历史提供了重要依据，也为全球范围内的气候变化研究提供了新的视角。同时，研究还强调了生物地层学在揭示地质时间与环境变化之间关系中的作用，以及如何通过替代性指标进一步研究这些变化。这些发现对于未来的气候变化研究具有重要的指导意义，并为建立更精确的生物地层学框架提供了新的数据支持。