下印度河盆地（东特提斯，巴基斯坦）浅水碳酸盐岩中稳定同位素和大型底栖有孔虫对古新世-始新世极热事件（PETM）的响应

《Journal of Asian Earth Sciences》：Stable isotopes and larger benthic foraminiferal response to the Paleocene-Eocene Thermal Maximum in the shallow-water carbonates of the Lower Indus Basin (Eastern Tethys, Pakistan)

　　

下印度河盆地古新世-始新世极热事件（PETM）由一次负碳同位素偏移（carbon isotope excursion, CIE）（?2.5‰）标记。下印度河盆地发生了大型底栖有孔虫（larger benthic foraminifera, LBF）的主要更替。大型有孔虫更替事件（Larger Foraminifera Turnover, LFT）与碳同位素偏移（CIE）的起始同时发生。Zranda剖面的生物响应与西特提斯地点相似。Zranda剖面的有孔虫更替并非由海平面变化引起。

### 论文解读：下印度河盆地浅水碳酸盐岩中稳定同位素与大型底栖有孔虫对古新世-始新世极热事件的响应

**研究背景与问题**
古新世-始新世极热事件（Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM；约55百万年前）是新生代最极端的快速增温事件，伴随大气CO?浓度飙升和全球温度升高超过5°C，被视为现代人为碳排放和气候变化的最近似地质类比。PETM在海洋生物中引发显著响应，包括深海底栖有孔虫大规模灭绝（约40%物种消失），而浅水碳酸盐台地上的大型底栖有孔虫（larger benthic foraminifera, LBF）则经历了快速分异与更替，即大型有孔虫更替事件（Larger Foraminiferal Turnover, LFT）。然而，此前研究主要集中于西特提斯，而对东特提斯（尤其是印度次大陆西侧的下印度河盆地）的PETM记录及LBF响应知之甚少。现有工作在上印度河盆地的Patala组中通过生物地层和碳同位素化学地层确定了PETM位置，但缺乏对下印度河盆地浅水碳酸盐岩中PETM生物影响及LFT时间关系的详细评估。因此，研究人员在巴基斯坦下印度河盆地的Zranda剖面开展了系统研究，旨在填补这一空白。该论文发表在《Journal of Asian Earth Sciences》。

**关键技术方法**
研究人员主要采用以下三种方法：
1. **岩石学分析**：对75个样品制备83个薄片，基于Dunham（1962）分类和Flügel（2004）的标准斜坡微相（Ramp Microfacies, RMF）识别11个微相类型，判断沉积环境。
2. **生物地层学**：依据LBF的形态特征（如旋绕方式、隔壁排列等），参照Serra-Kiel等（1998；2020）的浅水底栖有孔虫生物带（Shallow Benthic Zonation, SBZ）方案，划分SBZ4和SBZ5/6。
3. **稳定同位素分析**：对64个样品进行碳酸盐岩δ¹³C和δ¹⁸O测试，使用IBEX连续流装置连接Thermo Fisher MAT 253 Plus质谱仪，仅选取成岩蚀变最弱的样品（n=24）构建碳同位素曲线。成岩蚀变评估通过岩石学标志（如微晶化、方解石脉）与同位素交叉验证。样本来源为Zranda剖面（巴基斯坦Baluchistan省Ziarat地区）。

**研究结果**
**3.1 沉积环境**
通过微相分析，识别出对应内斜坡至中斜坡的微相类型（RMF 13, 14, 16, 20, 27）。Zranda剖面大部分为内斜坡环境，仅顶部出现中斜坡浅滩沉积。该环境在PETM期间保持稳定，未受海平面大幅波动影响。

**3.2 稳定同位素**
在剖面上部21米处（样品ZD42A到ZD42），δ¹³C从4.5‰急剧下降至2.0‰，幅度约2.5‰，标志着PETM碳同位素偏移（Carbon Isotope Excursion, CIE）的起始。CIE体延续约9.5米，之后δ¹³C恢复至偏移前值（平均3.1‰）。该偏移幅度与全球浅水碳酸盐岩记录一致，受限于受限内斜坡环境。

**3.3 生物地层学**
LBF组合可划分为晚古新世SBZ4和早始新世SBZ5/6。在CIE起始处（21米），出现明显的物种更替：晚古新世标志种如*Glomalveolina levis*、*Assilina azilensis*、*Kathina* spp.等消失，早始新世标志种如*Alveolina* spp.、*Discocyclina* spp.、*Ranikothalia nuttalli*等出现，标志着大型有孔虫更替事件（LFT）的发生。该更替与CIE起始同步，且物种丰富度从晚古新世的26种增至早始新世的38种（增加46%），属级丰富度从14属增至22属（增加57%）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，PETM期间的多重环境压力（升温5–8°C、富营养化、酸化、浊度增加）共同导致依赖稳定寡营养条件的K-策略LBF衰退，而快速演化的类群（如*Alveolina*、*Nummulites*）占据空位。Zranda剖面的LFT与CIE起始同步，与西特提斯（如西班牙Campo剖面）一致，但明显不同于东特提斯其他地点（如西藏、上印度河盆地），后者LFT延迟至CIE恢复阶段或SBZ5–SBZ6边界。研究人员认为，这种差异源于古地理控制：Zranda位于印度次大陆西侧，面向西特提斯，共享相似的水团和洋流，而东侧地点则受印度-亚洲碰撞带影响形成海洋屏障。此外，本研究通过高分辨率采样（0.25–0.5米间隔）和首次同位素约束，修正了此前Afzal等（2011）基于粗分辨率（2–3米）和缺乏同位素数据得出的延迟LFT解释。

**研究结论**
1. PETM在Zranda剖面距顶部约21米处由一次突然的碳同位素偏移（从4.5‰到2.0‰）标记，碳同位素偏移（CIE）体延续约9.5米。
2. 大型底栖有孔虫（LBF）组合归入SBZ4和SBZ5/6，在碳同位素偏移（CIE）起始处出现显著物种更替：*Kathina* sp.、*Glomalveolina telemetensis*、*Assilina azilensis*、*Dictyoconus* sp.、*Karsella hottingeri*、*Redmondina henningtoni*和*Azzarolina daviesi*消失，*Alveolina* sp.、*Discocyclina* sp.、*Ranikothalia* sp.及稀少的*Nummulites* sp.出现，标志着古新世-始新世界线和大型有孔虫更替事件（LFT）。
3. Zranda剖面的大型有孔虫更替事件（LFT）发生在碳同位素偏移（CIE）起始之后立即，如同西特提斯，但不同于其他东特提斯地点的最新结果。
4. 西特提斯与Zranda剖面之间大型底栖有孔虫（LBF）物种的差异可能源于古地理：东特提斯位于印度次大陆西侧的地点面临与西侧不同的水团和洋流。