早三叠世Smithian-Spathian过渡期泛大洋缺氧事件：日本中部Inuyama地区古海洋环境重建

本研究针对早三叠世Smithian-Spathian过渡期（SSB）泛大洋（Panthalassa）古海洋氧化还原条件不清的问题，通过日本Inuyama地区Momotaro-Jinja剖面（Mj剖面）的牙形石生物地层学、δ13 Corg 化学地层学及黄铁矿微晶形态（pyrite framboid）、Fe组分和氧化还原敏感元素分析，揭示了该时期水体从氧化→铁还原缺氧（ferruginous）→硫化缺氧（euxinic）的动态演变过程，提出晚Smithian全球变暖导致生产力降低与脱氧耦合的机制，为理解早三叠世生物灭绝后海洋环境恢复提供了关键证据。

　　

研究背景

二叠纪-三叠纪之交（PTB）的生物大灭绝事件后，海洋生态系统经历了漫长的恢复期。早三叠世Olenekian阶的Smithian-Spathian过渡期（SSB）是环境剧烈波动的关键阶段：全球变暖导致表层海水温度高达43°C，同时碳同位素（δ¹³
C）出现显著负偏（N3）和正偏（P3）波动。这一时期还伴随海洋缺氧事件的频发，但关于开阔洋（pelagic）泛大洋（Panthalassa）的氧化还原状态及其驱动机制仍存在争议。日本中部Inuyama地区的Momotaro-Jinja（Mj）剖面保存了连续的深海沉积序列，是解码这一问题的理想载体。

研究方法

研究团队整合了牙形石生物地层学（conodont biostratigraphy）和有机碳同位素（δ¹³
C_org
）地层学对Mj剖面进行高精度年代标定，通过黄铁矿微晶粒径分布（pyrite framboid size ranges）、铁组分（Fe speciation）和氧化还原敏感元素（如U、Mo）分析重建水体氧化还原条件，并结合前人温度数据（δ¹⁸
O_apatite
）探讨环境变化的驱动机制。

研究结果

1. 地层年代框架
牙形石组合（如_Neospathodus waageni_、Scythogondolella milleri）和δ¹³
C_org
曲线将Mj剖面划分为：中-晚Smithian（MjL下部）、SSB过渡层（40 cm厚黑色富有机质黏土岩）和中Spathian（MjL上部）。

2. 氧化还原演化

• 中-晚Smithian：水体从氧化态转变为铁还原缺氧（ferruginous），黄铁矿微晶粒径增大（>20 μm），Fe_HR
  /Fe_T
  比值升高。
• SSB过渡期：出现硫化缺氧（euxinic），表现为U/Al和Mo/Al比值骤增，与黑色黏土岩层对应。
• 中Spathian：水体在氧化与硫化缺氧间波动，反映气候变暖（N4 δ¹³
  C负偏）与缺氧事件的耦合。

3. 机制解析
晚Smithian全球变暖导致水体分层加剧，但表层生产力低下限制了有机质通量，形成非硫化的铁还原缺氧；SSB过渡期生产力回升促进微生物硫酸盐还原（microbial sulphate reduction），引发硫化缺氧。

结论与意义

该研究首次揭示了泛大洋在SSB期间从铁还原缺氧到硫化缺氧的动态转变过程，提出温度-生产力协同调控海洋脱氧的新模型。成果发表于《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》，为理解早三叠世极端气候事件下海洋环境-生物协同演化提供了关键证据，同时为现代全球变暖背景下的海洋缺氧预警机制研究提供了地质参照。