始新世早-中期碳氮循环强耦合与环境变化驱动湖相有机碳富集机制

本研究针对始新世早-中期温室气候背景下陆相碳氮循环机制不清的科学问题，通过分析珠江口盆地文昌组湖相泥岩的δ13Corg、δ15N等地球化学指标，揭示了大气pCO2升高通过增强化学风化促进初级生产力-缺氧正反馈循环的机制，为理解古气候变暖期陆相有机质富集规律提供了关键约束。

　　

始新世早-中期是地球历史上最后一个长期温室气候期，这一时期频繁发生的极端增温事件（如ETM、EECO和MECO）导致全球气候持续温暖湿润。虽然海洋系统的碳循环机制已有较深入研究，但陆相湖泊系统的碳氮耦合循环及其对有机质富集的影响仍存在显著认知空白。这一科学问题的解决，对于理解当代全球变暖背景下陆地碳汇响应机制具有重要启示意义。

成都理工大学地质资源与地质工程博士后科研工作站的研究团队选择珠江口盆地始新统文昌组湖相富有机质泥岩为研究对象，通过系统的碳氮同位素分析，重建了古气候扰动与古环境演变过程，建立了碳氮循环与有机质富集的概念模型。相关成果发表在《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上。

研究采用总有机碳（TOC）含量测定、岩石热解、有机碳同位素（δ¹³C_org）和无机碳同位素（δ¹³C_carb）分析等关键技术，对文昌组4个沉积单元的48个泥岩样品进行系统测试。通过碳氮同位素与TOC含量的耦合分析，结合沉积学证据，揭示了气候-环境-生物地球化学循环的协同演化机制。

【Preservation of primary geochemical signals】部分证实δ¹³C_org值未受成岩作用显著影响，而δ¹³C_carb和δ¹⁸O可能受成岩改造。C-N同位素与TOC的协同变化表明其记录了原始环境信号。

主要发现包括：1）δ¹³C_org负偏指示温暖气候和高pCO₂水平下，湖水中溶解CO₂浓度和化能自养生物输入主导碳循环；2）增强的化学风化形成生产力-缺氧正反馈环，该机制在文昌组I、III单元尤为显著；3）δ¹³C_org正偏对应pCO₂降低的冷期（II、IV单元），盐度升高导致缺氧微咸水环境，δ¹⁵N正偏反映反硝化速率增加；4）δ¹⁵N与δ¹³C_carb正偏均与TOC含量增加同步，表明硝酸盐浓度上升伴随还原环境增强和生物生产力提高。

该研究首次系统揭示了始新世早-中期陆相湖泊系统中碳氮循环的强耦合关系：大气pCO₂升高→化学风化增强→营养盐输入增加→初级生产力提高→水体缺氧加剧→有机质保存效率提升的正反馈循环。这一发现不仅为理解地质历史时期温室气候条件下陆相碳氮循环提供了新模式，也为预测当代全球变暖背景下湖泊碳汇潜力变化提供了地质类比依据。研究建立的"气候-环境-生物地球化学"耦合模型，对页岩油气勘探中优质烃源岩预测具有重要指导价值。