东古特提斯洋在晚二叠世时期因轨道运动导致的海洋缺氧现象：来自华南的证据

《Global and Planetary Change》：Orbitally forced late Permian oceanic anoxia in the eastern Paleo-Tethys: Evidence from South China

中国东部古特提斯洋晚二叠世达龙组，通过高分辨率自然伽马射线测井与有机碳及微量元素分析，揭示轨道离心率主导有机质积累，导致持续性底层缺氧，为理解二排骨末大灭绝的碳循环扰动提供时空框架。

　　海洋缺氧事件（Oceanic Anoxic Events, OAEs）是理解地球碳循环和生物危机的关键节点。这些事件通常与全球范围内海洋氧气含量的显著下降、碳同位素异常以及生物灭绝现象密切相关。OAEs在地质历史中多次出现，尤其是在中生代，它们对地球环境和生态系统的影响被广泛研究。然而，古生代的OAEs，尤其是那些发生在最新二叠纪大灭绝（Latest Permian Mass Extinction, LPME）之前的事件，仍处于研究的边缘地带。这些事件的持续时间和轨道尺度上的控制机制尚未被充分揭示，尽管已有部分地球化学数据可供参考。

本研究聚焦于中国南方的二叠纪晚期大隆组，该组位于古生代的东古生代特提斯洋域，是研究前LPME海洋缺氧事件的重要地质单元。大隆组以富含有机质的黑色页岩著称，这些沉积物保存了大量关于海洋氧化还原状态的信息。通过对中国南方两个关键钻井（ED-1位于西湖北部坳陷；XY-1位于湖南中部碳酸盐台地）的高分辨率自然伽马（GR）测井数据进行周期性地层分析，结合总有机碳（TOC）含量和已发表的微量元素指标（如Mo、Ni以及V/(V+Ni)比值），研究人员揭示了该时期海洋缺氧事件的轨道尺度控制机制。这一研究不仅为理解二叠纪晚期的海洋环境变化提供了新的视角，也为探索轨道尺度气候强迫对碳循环扰动的影响奠定了基础。

二叠纪晚期的海洋环境经历了显著的氧化还原状态变化，这些变化在LPME之前尤为明显。尽管已有研究关注了大隆组与二叠纪-三叠纪边界之间的海洋氧化还原条件，但对这一时期缺氧事件的持续时间及其与轨道尺度气候强迫之间的关系仍缺乏清晰的约束。研究者通过分析GR测井曲线，发现了明显的米兰科维奇信号，包括405千年的轨道偏心率周期、约36千年的倾角周期和约20千年的岁差周期。这些信号的识别为建立精确的天文时间尺度提供了依据，同时也揭示了轨道尺度气候强迫对海洋缺氧事件的主导作用。

在轨道尺度上，太阳辐射强度的变化和季风强度的波动会直接影响地表的风化速率、营养物质的输送以及海洋环流模式。这些因素共同作用，调节海洋的氧化还原状态。然而，研究二叠纪晚期的高频地质过程面临诸多挑战，包括放射性测年方法的不确定性、地球化学指标的分辨率有限以及地层记录的不一致性。这些问题限制了对轨道尺度过程及其反馈机制的深入理解。

本研究通过对大隆组进行周期性地层分析，建立了高分辨率的天文年代框架。这一框架不仅明确了大隆组的形成时间，还揭示了其与轨道周期之间的对应关系。通过将浮动的天文时间尺度与两个独立的年代点进行校准，研究者获得了更为精确的年代信息。其中，中大隆组的锆石铀-铅（U-Pb）测年结果为253.0±1.3百万年，而其顶部的天文调谐年代约为252.15百万年。这一时间框架表明，大隆组的形成时间跨度约为1.6百万年，相当于四个长偏心率周期，时间范围从约253.75百万年到252.15百万年。

研究发现，有机质的积累主要受到轨道偏心率的调控。偏心率的最大值增强了气候的季节性对比，从而加剧了季风驱动的营养物质输送和水体分层现象。这种增强的水体分层导致了底部水体的持续缺氧，进而促进了有机质的保存。这一机制在该地质背景下超过了生产力驱动的碳库效应，成为有机碳埋藏的主要因素。因此，轨道尺度的气候强迫在二叠纪晚期海洋缺氧事件的形成中起到了核心作用。

大隆组的形成与海洋环境的复杂变化密切相关，包括生产力、保存和稀释等过程。这些过程与大气环流和大陆气候动态紧密相连，共同影响了海洋的氧化还原状态。在轨道尺度上，太阳辐射强度和季风强度的变化对地表风化速率、营养物质输送和海洋环流模式产生了深远的影响。这些因素的相互作用不仅决定了海洋的氧化还原状态，还影响了有机质的埋藏效率和碳循环的稳定性。

研究者通过对两个钻井中的GR测井曲线进行分析，发现了其与TOC含量之间的强正相关关系。GR曲线的峰值通常与TOC含量较高的沉积层相对应，而谷值则与TOC含量较低的沉积层相对应。这种相关性可以归因于同时期有机质和粘土质沉积物的共同沉积作用，因为富含粘土的层通常会集中保存更多的有机质。这一发现为理解轨道尺度气候强迫如何影响海洋缺氧事件和有机碳埋藏提供了新的证据。

此外，大隆组的广泛分布和连续的地层记录为研究轨道尺度控制机制提供了独特的地质档案。中国南方的扬子地块保存了全球最完整的特提斯海架沉积序列之一，这一特征使得大隆组成为研究二叠纪晚期海洋环境变化的理想对象。通过对大隆组的研究，科学家们能够更深入地探讨轨道尺度气候强迫对海洋氧化还原状态的调控作用，并揭示其在碳循环扰动中的关键角色。

研究结果表明，轨道尺度的气候强迫是二叠纪晚期海洋缺氧事件的主要驱动因素。这一结论不仅适用于古生代的OAEs，也为理解中生代和现代海洋缺氧现象提供了重要的理论基础。通过建立高分辨率的天文时间尺度，研究人员能够更精确地追踪海洋缺氧事件的时间演化过程，并探讨其与生物灭绝之间的潜在联系。这一研究框架为未来的地质和古气候研究提供了新的视角和方法，有助于进一步揭示地球历史上的关键环境变化及其对生态系统的影响。

本研究的成果具有重要的科学价值和应用前景。首先，它为理解二叠纪晚期的海洋环境变化提供了新的数据支持，有助于厘清这一时期碳循环扰动的机制。其次，通过建立精确的天文时间尺度，研究者能够更准确地确定海洋缺氧事件的时间范围和持续时间，从而为相关研究提供时间基准。最后，这一研究结果对探索轨道尺度气候强迫在不同地质时期对地球环境的影响具有普遍意义，为理解全球气候变化的长期趋势提供了重要的参考。

总之，本研究通过对大隆组的周期性地层分析，揭示了轨道尺度气候强迫在二叠纪晚期海洋缺氧事件中的关键作用。这一发现不仅深化了我们对古生代海洋环境变化的认识，也为理解地球碳循环和生物危机之间的关系提供了新的视角。未来的研究可以进一步结合其他地球化学指标和地质记录，以更全面地揭示轨道尺度控制机制在不同地质时期的作用，从而为应对现代海洋缺氧现象提供科学依据。