诺里期晚期增温事件（三叠纪晚期）期间的锶同位素扰动：来自东特提斯保山地块的证据

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Strontium isotope perturbation during the late Norian warming event (Late Triassic): evidence from the Baoshan Block, eastern Tethys

　　

摘要
晚三叠世诺利期长期以来被认为是气候稳定的时期，然而近期研究揭示出中—晚诺利期存在显著扰动，包括变暖、碳循环不稳定、环境波动和生物胁迫。海水87Sr/86Sr记录为大陆风化和热液输入变化提供了关键档案；然而，跨越阿劳尼安期—塞瓦蒂安期过渡的记录仍然稀少，特别是在东方特提斯地区。在此，我们提出了东方特提斯保山地块HYB剖面的一份新的筛选后的体碳酸盐87Sr/86Sr记录。该记录显示87Sr/86Sr值从晚阿劳尼安期（中诺利期）开始下降，持续跨越阿劳尼安期—塞瓦蒂安期界线，在早塞瓦蒂安期达到最低值，随后在整个塞瓦蒂安期（晚诺利期）逐渐恢复。这一轨迹将下降的起始时间定位在晚阿劳尼安期，早于以往已发表数据集通常推断的最早塞瓦蒂安期起始时间。我们将这一轨迹解释为海洋锶循环的两阶段扰动。第一阶段，从晚阿劳尼安期至早塞瓦蒂安期，记录了非放射性热液锶的相对贡献增加，可能与大岩体火山活动有关。第二阶段，贯穿整个塞瓦蒂安期，记录了向更放射性值的逐步回归，这与热液输入的减弱和更强河流锶贡献相一致。正向锶同位素箱模型支持了这一解释的定量可行性，且组合强迫情景在一阶上再现了观测到的模式，尽管该模型并不能唯一限定导致这些变化的强迫因素。这些锶同位素变化与同时期特提斯洋和泛大洋地层中晚诺利期变暖、负δ13Corg偏移、氧化还原波动和生物胁迫大致吻合。这种关联与共享的地球系统强迫相一致，即增强的火山热液活动提供了非放射性锶，同时促进了温室变暖和碳循环破坏，而随后加剧的大陆风化则有助于海水87Sr/86Sr的恢复。

引言
诺利期（上三叠统）跨度约为2160万年，最初被认为是一个气候和环境相对稳定的时期（Preto等，2010）。然而，来自全球多个地区越来越多的证据记录到诺利期存在显著扰动（Trotter等，2015；Onoue等，2018；Sun等，2020；Chen等，2024；Guo等，2025）。近期研究表明，中至晚诺利期以多次碳循环扰动为特征，并且已经识别出一个诺利期"碳混乱区间"（例如，Whiteside和Ward，2011；Zaffani等，2017；Jin等，2022；Sato等，2023；Wu等，2024；Du等，2025）。来自特提斯洋和泛大洋东部的牙形石磷酸盐氧同位素（δ18Ophos）记录进一步揭示出显著的气候变率，包括阿劳尼安期—塞瓦蒂安期界线附近（中—晚诺利期）约6°C的主要变暖事件，随后在塞瓦蒂安期出现降温（Trotter等，2015；Du等，2021；Sun等，2020；Chen等，2024）。其他证据也支持中至晚诺利期存在广泛的环境扰动。沉积学和孢粉学记录表明湿度长期增加，但在塞瓦蒂安期有较短时间降雨加剧的间断（Haas等，2012；Fija?kowska-Mader，2015）。来自多个特提斯剖面的地球化学和沉积学证据表明，中—晚诺利期大陆风化和陆源通量增强，与变暖条件下水循环增强相一致（例如，Berra等，2010；Maron等，2024；Shah等，2026）。在东方特提斯，已报道缺氧条件和古生产力波动，而牙形石体型下降，钙质超微化石在晚诺利期变暖事件中表现出矮化现象，表明中—晚诺利期存在生态胁迫和环境不稳定（Jia等，2024；Guo等，2025）。来自泛大洋远洋硅质岩的锇同位素数据也识别出塞瓦蒂安期存在负187Os/188Os偏移，被解释为地幔来源火山活动的证据，可能与Angayucham洋中脊高原有关（Sato等，2023）。这些观测表明，中—晚诺利期以深部火山过程、碳循环、气候、海洋氧化还原条件和生物系统之间紧密耦合的扰动为特征。然而，这些扰动之间的关系和机制联系仍缺乏充分的约束，特别是关于海洋锶同位素循环方面。

海水锶同位素比值（87Sr/86Sr）是过去环境变化期间大陆风化与海洋化学之间耦合的常用代用指标。由于锶的滞留时间（约250万年）远大于海洋混合时间（约1000年），海水的锶同位素组成几乎是全球均一的（Broecker和Peng，1982；Hodell等，1990）。这使得海洋87Sr/86Sr成为地层化学年龄控制和全球对比的可靠代用指标（例如，Koepnick等，1990；Callegaro等，2012；Onoue等，2018；McArthur等，2020；Chen等，2022；Letulle等，2025）。海水87Sr/86Sr受其主要输入的相对通量和同位素组成的控制。河流输入通常比热液输入更具放射性（例如，Burke等，1982；Elderfield，1986；McArthur，1994；Veizer等，1999；Pearce等，2015；Chen等，2022），但其同位素组成因风化岩石的年龄和岩性而异（Bataille等，2017；Peucker-Ehrenbrink和Fiske，2019）。因此，海洋87Sr/86Sr的变化可能反映大陆风化通量的变化、风化岩石岩性的变化、热液输入的变化，或这些过程的组合（Palmer和Elderfield，1985；Chen等，2022，Chen等，2026）。对于晚三叠世而言，海洋87Sr/86Sr数据集已有显著改善，但仍存在重要不确定性，特别是对于中—晚诺利期。Korte等（2003）建立的三叠纪长期框架记录了87Sr/86Sr在整个诺利期的大部分时间内广泛上升，随后在最晚诺利期下降，但一些区间仍采样稀少，分辨率相对较低。后续研究改善了关键区间和地区的记录（Callegaro等，2012；Tackett等，2014；Onoue等，2018；Kovács等，2020；Chen等，2024）。Callegaro等（2012）提供了最晚诺利期的重要数据集，而Onoue等（2018）呈现了来自西方特提斯Pizzo Mondello剖面的更高分辨率晚三叠世87Sr/86Sr记录，揭示了从拉基安期—阿劳尼安期界线到塞瓦蒂安期的持续87Sr/86Sr升高，他们将其归因于与金默里造山运动相关的大陆风化增强。在东方特提斯，Chen等（2024）呈现了来自保山地块西麒麟剖面的牙形石磷灰石87Sr/86Sr和δ18Ophos记录，并推断塞瓦蒂安期存在变暖和风化增强。尽管这些研究已大幅完善了诺利期87Sr/86Sr框架，但对阿劳尼安期—塞瓦蒂安期过渡的约束仍然有限，特别是在东方特提斯地区。该区间与晚诺利期变暖事件重叠，且与相关的同期碳循环扰动和生物响应相联系，使其成为评估87Sr/86Sr变率与环境变化之间可能联系的关键窗口（Trotter等，2015；Onoue等，2018；Rigo等，2020，Rigo等，2024；Sun等，2020；Chen等，2024；Guo等，2025）。

在此，我们提出来自东方特提斯保山地块红岩-B（HYB）剖面的新87Sr/86Sr数据，该剖面代表了跨越中—晚诺利期的连续海洋碳酸盐地层序列。我们记录了HYB剖面的87Sr/86Sr趋势，并将其与其他地区已发表的诺利期记录进行比较，以评估所观测同位素变化的全球意义。我们进一步通过评估非放射性热液锶输入和大陆风化的相对贡献，探索所观测87Sr/86Sr轨迹的可能驱动因素。随后，使用一个简单的锶同位素箱模型来评估这一推断强迫情景的定量可行性。最后，我们考察海洋锶同位素演化与同期环境和生物变化之间的耦合关系，以更好地约束晚三叠世大陆风化与海洋化学之间的联系。

段落片段
地质环境
保山地块位于中国西南部的云南省西部，是东方特提斯构造域的一部分（Sone和Metcalfe，2008；Metcalfe，2013）。它通常被认为是晚三叠世时期西布伦地体的北部延伸（Li等，2015；Zhao等，2015）。其东界为澜沧江—柯街—那定河断裂系，将其与思茅地块隔开，西界为怒江—龙陵—路西断裂系，毗邻……

样品制备和锶同位素分析
在本研究中，从HYB剖面共采集了25个新鲜石灰岩样品进行锶同位素分析。仅选择新鲜、未风化的样品，采样时避开了任何脉体、缝线、断层和滑塌体。样品制备工作在中国成都理工大学完成。样品（每个约10克）经仔细清洁，去除表面污染物、方解石脉和风化皮壳，然后用去离子水反复冲洗。随后……

成因和风化污染评价
海洋碳酸盐的锶同位素特征主要继承自海水，记录了原始海水组成（Chen等，2022）。然而，碳酸盐87Sr/86Sr值对成因改造和风化污染敏感（Vahrenkamp和Swart，1990；Korte等，2003；Onoue等，2022；Chen等，2022）。在碳酸盐样品酸溶解过程中，来源于风化硅酸盐矿物（特别是粘土矿物）的放射性锶可能……

结论
在本研究中，来自东方特提斯保山地块HYB剖面的新筛选87Sr/86Sr记录揭示了一个从晚阿劳尼安期（中诺利期）开始下降的趋势，跨越阿劳尼安期—塞瓦蒂安期界线，在早塞瓦蒂安期达到最低值，随后在整个塞瓦蒂安期（晚诺利期）恢复。这将下降的起始时间定位在早于已发表记录通常推断的最早塞瓦蒂安期起始时间。HYB趋势被解释为锶循环的两阶段扰动。

作者贡献声明
郭宝：撰写——初稿，方法论，调查，数据整理，概念化。杜义兴：撰写——审阅与编辑，指导，项目管理，调查，资金获取，概念化。金鑫：撰写——审阅与编辑，方法论，调查。大野哲司：撰写——审阅与编辑。佐藤帆奈美：撰写——审阅与编辑。张云旺：撰写——审阅与编辑，方法论。孙悦涵：撰写——审阅与编辑。石志强：撰写——

利益冲突声明
作者声明他们没有已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（批准号42302131）和中国留学基金委员会对郭宝的支持（编号202508510045）。我们真诚感谢陈杨、覃宇飞和陈柯乐在野外工作和样品制备方面的协助。我们也感谢陈心洋、李彬彬和陈宇超的有益讨论。我们感谢编辑沈冰、Lydia Tackett和一位匿名审稿人的建设性意见和建议，他们的意见使……

郭宝|杜义兴|金鑫|大野哲司|佐藤帆奈美|张云旺|孙悦涵|石志强|Manuel Rigo
油气藏地质及开发工程国家重点实验室 & 沉积地质研究所，中国成都理工大学，成都610059