巴拉那-埃滕德卡大火成岩省（PE–LIP）在瓦兰今期韦塞尔事件开始期间对全球汞循环的微弱扰动

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Minimal Perturbation of the Global Mercury Cycle by the Paraná–Etendeka Large Igneous Province (PE–LIP) During the Onset of the Valanginian Weissert Event

　　

瓦兰今期正碳同位素偏移（韦塞尔事件，约1.35亿年前）记录了一次全球碳循环和气候的重大扰动。放射性同位素定年表明，该事件与巴拉那-埃滕德卡大火成岩省（PE–LIP）侵位期间火山活动显著增强的时期大致同时。近期研究利用沉积汞（Hg）——火山活动的替代指标——来支持火山作用与环境变化之间因果关系的假设，主要关注韦塞尔事件的开始。在此，研究人员在四个不同地点从贝里亚斯期到欧特里夫期地层中获取了新的汞数据，从而能够在更长的时间视角下审视先前的研究，并运用最新的统计和分析方法评估汞循环扰动是否可直接与PE–LIP和韦塞尔事件相关联。研究人员发现，不同地点之间与有机质相关的残余汞（Hg_R-OMS）没有一致的模式，仅存在少数统计上显著的残余汞异常，尤其是在PE–LIP主要火山活动阶段。缺乏明显的汞循环扰动可能与整体较低的汞预算、PE–LIP漫长的喷发持续时间以及PE–LIP侵入贫汞围岩等因素的综合作用有关。因此，PE–LIP喷发与韦塞尔事件之间的因果关系并未得到汞证据的明确支持，这与地质记录中其他部分（汞富集证实了LIP与碳循环扰动之间的联系）形成对比。

本研究旨在检验瓦兰今期（Valanginian）韦塞尔事件（Weissert Event）是否与巴拉那-埃滕德卡大火成岩省（Paraná–Etendeka Large Igneous Province, PE–LIP）的火山活动存在因果关联。背景上，韦塞尔事件以全球正碳同位素偏移（carbon isotope excursion, CIE）为标志，记录了一次显著的碳循环和气候扰动，其发生时间与PE–LIP喷发重叠。先前研究利用沉积汞（Hg）作为火山活动替代指标，但未充分考虑汞形态变化和非线性宿主相关系，导致结论可能不可靠。为克服这些局限，研究人员在四个不同地点（全球深海钻探计划DSDP 534A、DSDP 603B，英国地质调查局BGS 81/43，以及法国Vergol剖面）采集了贝里亚斯期（Berriasian）至欧特里夫期（Hauterivian）的样品，系统测量了总汞（HgT）、汞形态（通过热解吸法区分有机质-硫化物相关汞Hg_OMS和其他汞Hg_OTH）、有机碳同位素（δ¹³C_org）和总有机碳（TOC）。研究人员采用鲁棒非线性回归（双曲正切函数）拟合Hg_OMS与TOC的背景关系，计算残余汞（Hg_R-OMS）以识别异常，并建立了年龄模型。主要结论包括：各站点间Hg_R-OMS没有一致模式，仅在PE–LIP主火山阶段出现少数统计上显著的残余汞异常，且异常幅度远低于其他大火成岩省（如Karoo-Ferrar）。该研究表明，汞证据不支持PE–LIP与韦塞尔事件之间的直接因果关系，挑战了所有大火成岩省都会显著扰动全球汞循环的普遍假设。论文发表在《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。

**关键技术方法**：研究人员主要使用了汞热解吸法（thermal desorption）测定总汞并识别汞形态（Hg_OMS和Hg_OTH）；采用鲁棒非线性回归（双曲正切函数）计算残余汞（Hg_R-OMS）以校正非线性宿主相效应；通过同位素比值质谱（IRMS）测定有机碳同位素（δ¹³C_org），利用Rock-Eval和元素分析仪测定总有机碳（TOC）。样本来源包括DSDP钻孔534A和603B（北大西洋西缘）、BGS钻孔81/43（北海盆地）和Vergol露头（法国沃康蒂安盆地），覆盖了PE–LIP的整个喷发时段。

**研究结果**：

**3.1 有机碳同位素地层学**：通过δ¹³C_org测量，在DSDP 534A、603B和BGS 81/43中识别出正CIE的上升阶段，幅度约2‰–4‰，其位置与先前基于δ¹³C_carb的识别略有差异，反映了更新年龄模型的影响。

**3.2 有机碳含量**：TOC含量在各站点变化显著，DSDP 534A和603B中波动剧烈（<0.1%–3.9%），BGS 81/43中最高达11.2%（排除Ryazanian黑色泥岩），Vergol中大部分样品TOC低于1%，仅四个Barrande层样品超过4%。

**3.3 总汞浓度和汞形态**：HgT浓度范围从3.5 ppb到192 ppb，峰值出现在Berriasian或Barremian，而非Valanginian。汞形态（Hg_OMS和Hg_OTH）比例在不同样品中波动强烈（%Hg_OMS为19%–95%），表明汞形态变化显著。

**3.4 标准化和残余汞**：Hg_OMS/TOC和HgT/TOC曲线趋势不一致，且对TOC波动敏感（高TOC样品比值被压低）。残余汞（Hg_R-OMS）超过2×RRSE（鲁棒残余标准误差）的样品比例约为7%–13%，且主要分布在特定区间：DSDP 534A中集中在NK3B和NC4A带，DSDP 603B中出现在NK3A和NC4B带，BGS 81/43中仅有一个区间，Vergol中则集中于有机质丰富的Barrande层。这些异常在时间上并不一致，且未出现在韦塞尔事件开始前。

**讨论总结**：研究人员指出，传统的HgT/TOC标准化方法基于两个隐含假设（汞单一宿主相、线性关系），但本研究显示汞形态多样且Hg–TOC呈非线性关系，因此采用残余汞方法更可靠。PE–LIP对汞循环的扰动微弱，可能源于其较低的汞预算（约17–27 Mt，低于其他LIP）、较长的喷发持续时间（≥4 Myr）以及侵入贫汞围岩（风成砂岩）导致热成因汞贡献有限。与Siberian Traps、CAMP和Karoo-Ferrar等LIP相比，PE–LIP的汞信号明显更弱。因此，汞证据不支持PE–LIP作为韦塞尔事件的直接触发因素，但不排除PE–LIP通过其他机制（如区域有机质埋藏或风化反馈）影响碳循环的可能性。

**翻译研究结论**：先前研究基于（a）PE–LIP岩石侵位与韦塞尔事件的放射性同位素年龄重叠，以及（b）对瓦兰今期沉积汞记录的解释，提出了火山作用触发韦塞尔事件的假设。研究人员在此获取了新的汞数据，并采用最新统计和分析方法，对可能存在的汞循环扰动进行了稳健评估。新数据包括四个站点（DSDP 534A、DSDP 603B、BGS 81/43和Vergol）的汞浓度和热解吸曲线，汞记录覆盖了PE–LIP的整个持续时间。汞热解吸曲线被用于揭示并消除汞形态变化的影响，随后研究人员统计校正了与适当宿主相的非线性关系。残余汞总体较低（<100 ppb），尽管出现了一些微弱的富集，但其时间在各站点间并不一致。更具体地，本研究和先前研究站点的残余汞在韦塞尔事件期间或直接之前均未显示出多个站点一致的异常富集（由δ¹³C_org的CIE确定）。因此，残余汞记录对PE–LIP喷发相关的汞循环扰动提供的支持有限。研究人员将这一现象归因于多种因素的综合作用，主要是较低的汞预算（相对于其他LIP）、PE–LIP漫长的喷发持续时间（≥4 Myr）以及PE–LIP岩浆侵入贫汞和贫挥发分沉积物。这些因素可能共同削弱了PE–LIP对全球汞循环的影响，导致沉积汞信号微弱。虽然PE–LIP对全球汞循环的有限影响并不排除该省与韦塞尔事件之间的因果关系，但它确实凸显出确定瓦兰今期LIP岩浆作用与碳循环扰动之间的确切关系仍然困难重重。总体而言，研究结果对所有主要LIP都会扰动全球汞循环的假设提供了重要的反证，并强调了在解释经宿主相标准化的汞（HgT/TOC、HgT/TS、HgT/Al）记录时需谨慎，尤其是本文采用的更稳健的分析和统计方法给出了相反的信号。