德国东北部晚三叠世-早侏罗世海岸-三角洲至近海环境中有机相演化的2500万年记录

为解决晚三叠世-早侏罗世边缘海沉积环境中有机碳(OC)埋藏与古环境变化的关联问题，研究人员通过高分辨率分子地球化学技术，分析了德国东北部Barth 10/65岩芯的有机相演化。研究发现，陆源植物有机质主导大部分层段，而海藻有机质仅在托阿尔阶Posidonia页岩段显著富集，揭示了海平面变化和氧化还原条件对OC保存的关键控制。该研究为理解边缘海碳循环机制提供了新视角。

　　

在地球漫长的地质历史中，晚三叠世至早侏罗世（约2.5亿年前）是一个环境剧烈波动的时期。超级大陆盘古大陆的解体引发大规模火山活动，导致全球碳循环紊乱、海平面剧烈波动以及多次海洋缺氧事件。这些变化如何影响边缘海环境中有机碳的埋藏？德国东北部这片如今以波罗的海沿岸闻名的区域，当时正处在特提斯洋边缘的浅海环境中，是记录这些古环境变化的绝佳档案。

为了解开这个科学谜题，德国基尔大学（Christian-Albrechts-Universit?t zu Kiel）的研究团队对Barth 10/65钻孔岩芯展开了系统性研究。这段长达550米的岩芯完整保存了瑞替阶至托阿尔阶的沉积记录，犹如一本记录地球环境变迁的"石头日记"。通过高分辨率分子地球化学分析技术，研究人员首次重建了该区域从海岸-三角洲到近海环境的完整演化序列，相关成果发表在古环境领域权威期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上。

研究团队采用了多学科交叉的研究方法：通过热解氢指数(HI)和有机碳同位素(δ¹³C_org)分析评估有机质来源和成熟度；利用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)检测生物标志物，包括短链(nC_15-19)、中链(nC_21-25)和长链(nC_27-31)n-烷烃以及植烷(Phy)和姥鲛烷(Pr)；结合总有机碳(TOC)与总硫(TS)含量分析氧化还原条件。所有样品均取自岩芯内部新鲜部分，避免风化污染。

研究结果揭示了四个重要发现：

1. 有机质来源演变
   通过n-烷烃三元图分析显示，瑞替阶-辛涅缪尔阶三角洲相沉积以长链n-烷烃(nC_27-31)为主，反映陆源植物主导；普林斯巴赫阶海侵层位短链n-烷烃(nC_15-19)增加，指示海藻贡献提升；托阿尔阶Posidonia页岩段出现独特的海藻有机质富集层。

2. 保存条件差异
   奇偶优势指数(OEP)分析表明，陆源植物蜡质在氧化环境中保存良好(OEP>3)，而海藻有机质仅在托阿尔阶缺氧事件(Toa-OAE)对应的黑色页岩中保存完整，证实缺氧条件是保存易降解有机质的关键。

3. 沉积环境变迁
   TOC/TS比值从三角洲相的>2.8(硫酸盐限制)转变为近海相的<2.8(硫酸盐充足)，精确记录了从淡水影响环境向开阔海洋环境的过渡。

4. 碳埋藏控制机制
   陆地-水生比值(TAR)与TOC的正相关(r>0.7)表明，边缘海沉积中的有机碳主要受陆源植物输入控制，而海平面变化通过调节海岸线位置和河流输沙量间接影响碳埋藏效率。

在讨论部分，研究人员特别强调了两个突破性认识：首先，传统氧化还原指标Pr/Phy比值在氧化沉积环境中失效，这可能与有机质强烈降解导致的差异性损失有关，这对古环境重建方法学提出了重要警示。其次，边缘海环境作为陆源有机碳的"捕集器"，其碳埋藏效率主要受控于水文循环强度而非初级生产力，这一发现为完善全球碳循环模型提供了关键参数。

这项历时2500万年的高分辨率记录不仅揭示了有机相演化与古环境变化的动态耦合关系，更建立了边缘海碳埋藏对海平面波动和气候变化的响应模式。特别值得注意的是，Posidonia页岩段中保存完好的海藻有机质证实，早侏罗世大洋缺氧事件(Toa-OAE)是地质历史中一次重要的碳封存事件。这些认识为理解当代边缘海碳循环对气候变化的响应提供了深时类比，具有重要的现实意义。