三叠纪–侏罗纪界线区间整合生物–化学地层框架的重建与全球对比潜力：碳酸盐碳同位素（δ13Ccarb）记录的再评估

《Earth-Science Reviews》：An integrated bio- and chemostratigraphic framework for the Triassic–Jurassic boundary interval and its potential for global correlations

　　

对跨越三叠纪/侏罗纪界线的碳酸盐碳同位素（carbonate carbon-isotope, δ¹³C_carb）地层学进行了重新评估。一个主要的正向δ¹³C_carb异常标志着晚三叠世灭绝事件（end-Triassic extinction, ETE）的间隔。在δ¹³C_carb记录中识别出其他全球可重复的形态。碳酸盐与有机碳同位素（organic carbon-isotope, δ¹³C_org）偏移被锚定到菊石生物地层学（ammonite biostratigraphy）。新构建的综合地层框架具备实现盆地至陆地全球对比的潜力。

晚三叠世间隔与全球碳循环的一系列重大扰动同期发生，并与地理分布极广的大火成岩省（Large Igneous Provinces, LIPs）——中大西洋火成岩省（Central Atlantic Magmatic Province, CAMP）的大规模火山活动相关。CAMP火山作用向海洋-大气系统释放的大量挥发物，被认为是全球气候变化、海洋缺氧和海洋酸化的主要触发因素，上述现象共同构成了晚三叠世灭绝事件（end-Triassic extinction, ETE）——显生宙"五大"大灭绝事件之一——的最终驱动因素。该生物危机对海洋和陆地生态系统造成重创，导致牙形石（conodonts）等多个类群全球性灭绝，并影响放射虫、钙质超微化石、有孔虫、双壳类、脊椎动物等众多分类单元，以及菊石、珊瑚、轮藻等大量具文石骨架的类群，同时伴随孢粉组合的更替。

然而，将环境扰动与生物响应相联系并论证因果机制，需要高分辨率、可靠且能实现跨纬度、跨地理域对比的地层框架。对晚三叠世灭绝事件而言，这一前提难以实现：其一，不同类群的灭绝并不同步，灭绝后间隔化石稀少，限制了生物地层学在对比中的应用；其二，海塔阶（Hettangian Stage）底界的初级标志——菊石Psiloceras spelae tirolicum的最低出现层位（lowest occurrence, LO）在参考三叠纪/侏罗纪界线（Triassic/Jurassic Boundary, TJB）剖面中缺失，导致许多地点界线层位不确定。

历史上，跨TJB的对比依赖有机碳同位素（δ¹³C_org）记录中"precursor""initial""main"碳同位素偏移（Carbon-Isotope Excursion, CIE）序列，这些偏移与CAMP相关的全球碳循环扰动相联系。该方法在盆地内对比精度很高，但因δ¹³C_org易受有机质来源（海洋vs陆地）、岩性和沉积速率影响，且各剖面化石组合差异显著，跨地理域对比面临重大困难。此外，碳酸盐台地剖面纯灰岩有机质贫乏，δ¹³C_carb负偏移常与暴露面的大气淡水成岩（meteoric diagenesis）相关，未必反映全球碳循环扰动；已有研究还记录了跨越TJB的有机与无机碳同位素趋势的脱耦（decoupling）。错误的盆地-台地对比可能解释了灭绝时间上的表观穿时性。因此，研究人员重新评估碳酸盐碳同位素地层学作为对比的补充工具——尽管δ¹³C_carb记录跨越TJB曾被认为因成岩改造而不可靠，但海洋组分碳同位素最有潜力记录海洋中溶解无机碳（Dissolved Inorganic Carbon, DIC）全球同位素组成的原始信号。

关键技术与方法（约240字）：研究人员综合了已发表、定年良好且无明显成岩改造的δ¹³C_carb记录、无重大地层缺失、生物地层学约束良好的剖面。以两组研究最充分的参考剖面为基础——北阿尔卑斯山（奥地利Eiberg盆地）和劳拉西安海道（Laurasian Seaway，含英国布里斯托尔海峡的St Audries Bay、Lavernock Point，北爱尔兰拉恩盆地的CRN-2岩心，威尔士卡迪根湾盆地的Mochras岩心）——将菊石生物地层学与有机及碳酸盐碳同位素记录结合，构建跨越上三叠统瑞替阶至下侏罗统西涅穆尔阶的框架。新命名方案将δ¹³C_carb长期趋势锚定到菊石生物地层学，识别两个长期正向偏移（起始于负偏移低点"a"和"c"，终止于正峰值"b"和"d"），并将"a"至"b"之间的偏移命名为三叠纪/侏罗纪界线事件（Triassic/Jurassic Boundary Event, TJBE）。剔除受成岩改造或缺乏年代标志化石的剖面后，框架在外多瑙兰、伦巴第盆地、南特提斯碳酸盐台地、潘塔纳洋及陆相纽瓦克-哈特福德裂谷盆地（古土壤碳酸盐）中接受检验。

研究结果如下：

一、北阿尔卑斯山（Eiberg盆地）的地层对比。研究人员在Kuhjoch-Ochsentaljoch、Hochalplgraben和Tiefengraben-Eiberg剖面识别出可对比的δ¹³C_org负偏移序列，认为Eiberg层富有机质层顶部（T层）的最大负偏移（Marshi CIE）与initial CIE相当，该解释得到双壳类首次灭绝、孢粉组合更替及显著海平面下降广泛同期性的支持。CIE II（Spelae CIE）可高精度近似TJB位置，P. spelae tirolicum的LO标志着Tilmanni带（Tilmanni Chronozone）与海塔阶底界。

二、Eiberg盆地与布里斯托尔海峡的地层对比。因布里斯托尔海峡缺乏P. spelae tirolicum及最早侏罗纪菊石，对比并不直接。方案1将TJB约束于Langport Member与Blue Lias Formation之间约1.5米厚的间隔，该解释得到R. contorta灭绝层位、蕨孢子繁盛事件及菊石演化模式的广泛支持；方案2基于新识别出的additional正负δ¹³C_org波动。两种方案均将TJB约束至Langport Member与Blue Lias界线附近。

三、跨越TJB的碳酸盐碳同位素记录。initial CIE与δ¹³C_carb记录中主要且短暂的负偏移大致同期，随后为约+4至+5‰的长期正向偏移（TJBE），TJB落于其上升段中上部。该形态在Mochras岩心重现，证实δ¹³C_carb记录的两个形态代表反映全球碳循环变化的、可重复的特征。

四、整合TJB地层框架的构建。框架以劳拉西安海道经成岩筛选的大型无脊椎动物壳体方解石δ¹³C_carb复合记录为参考趋势。识别出：低点"a"之后终止于峰"b"的正向偏移（"b"位于TJB之上、main CIE起始之上的Tilmanni带内）；随后长期负向偏移至低点"c"（Angulata带中部）；再之后终止于峰"d"（下西涅穆尔阶Semicostatum带顶部）的第二个正向偏移。

五、应用于其他地理域。外多瑙兰（Cs?vár）与布达盆地（?anj）中框架成功应用，Cs?vár的TJB近似于峰"b"以下δ¹³C_carb正异常斜率变化处，且极近于放射虫Canoptum merum的LO；伦巴第盆地δ¹³C_carb记录完美复制既有趋势，TJB置于钙质超微化石Schizosphaerella punctulata的LO之上、Kraeuselisporites reissingeri繁盛期内；四个南特提斯碳酸盐台地（Mt. Messapion、Valle Agricola、Monte Sparagio、Wadi Milaha）均记录了不依赖相变化的长期δ¹³C_carb正向偏移，有孔虫Triasina hantkeni、巨神螺（megalodontid）双壳类与礁体生物灭绝落在上升段内，TJB可由该灭绝良好近似；秘鲁潘塔纳洋Levanto剖面的P. spelae LO位于δ¹³C_carb正向偏移上部，与特提斯域观察一致；纽瓦克-哈特福德裂谷盆地陆相古土壤碳酸盐中的正向偏移上升段与上述全球趋势一致。

六、TJB跨越的事件综合。研究证实initial CIE之上δ¹³C_org与δ¹³C_carb趋势脱耦：δ¹³C_org呈一系列短命正负偏移，δ¹³C_carb则呈终止于峰"b"的长期正向偏移。TJB由S. punctulata、C. thiergartii、C. merum的LO良好近似，均略早于P. spelae tirolicum的LO；C. merum带放射虫在三个加拿大剖面中 consistently 出现于最老海塔期菊石之下数十厘米，表明放射虫组合更替 globaly 略早于TJB。TJB亦标记为第二次双壳类灭绝与南特提斯碳酸盐台地瑞替期组合（含T. hantkeni）的灭绝；若排除再沉积作用（reworking），牙形石为略高于TJB消失的最后一个三叠纪类群。

讨论部分强调，ETE不能仅对应initial CIE，而是跨越initial CIE至TJB（或更长）的漫长事件，近期估计时间跨度可达约300 kyr；δ¹³C_carb长期趋势与δ¹³C_org显著不同，证实碳酸盐与有机碳库脱耦，为严重环境扰动期间的全球碳循环特征提供了新认识；对于多个沉积环境和纬度记录到的大型δ¹³C_carb偏移，将其归因于成岩改造或局部碳循环极其困难，其可能反映全球碳循环扰动，为构建稳健的整合生物-化学地层框架提供了基线。

研究结论部分可概括为：研究人员首次记录了跨越TJB间隔δ¹³C_carb记录中全球可重复的长期趋势形态，通过结合劳拉西安海道海塔阶—西涅穆尔阶经成岩筛选的大型无脊椎动物壳体δ¹³C_carb复合记录，并将两者稳健锚定到菊石生物地层学。终止于最低点"a"的短命δ¹³C_carb负偏移与initial CIE大致相关，随后为包含TJB并终止于明显正峰值"b"的长期正向偏移（TJBE）；该高幅度（海洋碳酸盐中>4‰）正向偏移在所有地理域清晰可辨，被命名为三叠纪/侏罗纪界线事件（TJBE），以说明其对全球碳循环的意义及作为晚三叠世灭绝事件潜在主要驱动因素的作用。峰"b"位于TJB之上及top-Tilmanni带内。随后长期负向趋势占据大部分海塔阶，于Angulata带内最低点"c"达顶峰；海塔阶顶部以新δ¹³C_carb增长为标志，终止于下西涅穆尔阶Semicostatum带内的正峰"d"。TJB落在K. reissingeri繁盛期内，由C. thiergartii、S. punctulata、C. merum的LO良好近似，均略早于各可校准地理域中Hettangian底界初级标志P. spelae tirolicum的LO。浅水记录中TJB由第二次双壳类灭绝良好近似，南特提斯碳酸盐台地中由T. hantkeni及相关瑞替期组合的灭绝良好近似。虽然多个瑞替期类群灭绝发生于initial CIE时或地层邻近处，但许多其他类群存活更久；双壳类两步灭绝假说在特提斯碳酸盐台地组合中得到支持——这些组合在北特提斯（北阿尔卑斯山、外多弩兰、伦巴第盆地）于initial CIE间隔灭绝，而在南特提斯则于TJB附近灭绝；然而许多其他分类单元（孢粉、钙质超微化石）在两次灭绝阶段之间灭绝，牙形石（若非再沉积）则代表了略高于TJB消失的最后一个三叠纪类群，表明ETE跨越约100—300 kyr的延长间隔，并可能持续至最早侏罗世。