隨著全球氣候變暖的不斷加劇，了解極端溫暖地球氣候系統(tǒng)的開始、演變和結(jié)束的變得日益緊迫。古近紀(jì)早期是一個地球氣候極其溫暖的時代，具有典型現(xiàn)代澳大利亞東南部和新西蘭地區(qū)熱帶-亞熱帶的動植物群（Thomas et al.,2020），且古新世-始新世時期釋放到大氣中CO₂總量與與現(xiàn)今人類燃燒化石燃料排放CO₂總量相似，因此被認(rèn)為是未來暖地球氣候系統(tǒng)的一個很好的模擬實例（Zeebe and Zachos,2013）。

目前關(guān)于南太平洋古近紀(jì)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)來自ODP航次177、181、183和189，以及DSDP航次29、35和92。這些ODP/DSDP鉆探點時間較早，大多完成于1973-1999年，始新世沉積物剖面恢復(fù)率低或古新世沉積物缺失。其中，最為人們所熟知的當(dāng)屬1973年DSDP航次29（鉆探點277）。該鉆探點位于新西蘭南部的坎貝爾高原。該鉆探恢復(fù)了上古新世到上漸新世碳酸鹽，但是由于當(dāng)時鉆井取芯技術(shù)問題，大部分剖面巖心采收率相對較低，且始新世剖面恢復(fù)率低（Kennett et al.,1974）。受制于樣品局限性，對南太平洋的古新世-始新世的研究報道有限，尤其是古新世早期南太平洋的海洋與生態(tài)環(huán)境對地球科學(xué)家來說仍然是知之甚少（圖1）。

近期，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點實驗室的姜連博士后與合作導(dǎo)師王云鵬研究員及國際合作者，通過對一系列國際大洋鉆探計劃378站點獲取的南太平洋早古新世海相巖芯的有機(jī)地球化學(xué)和碳同位素分析（圖2-3），建立了首個早古新世生物標(biāo)志物剖面（圖3-4），恢復(fù)了南太平洋古近世的古氣候條件和海洋生物圈組成（圖5），從而填補了地質(zhì)學(xué)家對南太平洋早古新世海洋生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識空白。

圖1 國際大洋鉆探378航次與深海鉆探計劃277采樣巖芯對比

該項研究通過對國際海洋發(fā)現(xiàn)計劃378鉆探點U1553（新西蘭坎貝爾高原）的一組早古新世深海巖芯進(jìn)行了系統(tǒng)的生物標(biāo)志物、碳酸鹽含量和碳同位素研究，對南太平洋這一時期的海洋生產(chǎn)力、生態(tài)群落組成和古環(huán)境進(jìn)行綜合評價，取得了多項重要進(jìn)展：

（1）根據(jù)研究結(jié)果建立了新西蘭坎貝爾高原一個新的古新世生物標(biāo)志物剖面。一系列藿烯、ββ藿烷、甾烷的賦存和分布特征以及基于生物標(biāo)志物的成熟度參數(shù)表明，這些貧有機(jī)質(zhì)沉積物處于早期成巖階段，其等效鏡質(zhì)體反射率約為0.4%。

（2）古新世南太平洋的海洋生產(chǎn)力來源組成豐富多樣，包括藻類、細(xì)菌、硅藻、鞭毛藻和高等植物等，而主要生產(chǎn)力由水生生物主導(dǎo) （圖3-4）。

圖2 國際大洋鉆探378鉆探井U1553D總有機(jī)碳（TOC）、硫含量、甲烷含量、碳酸鹽含量以及碳酸巖碳同位素深度剖面變化圖

圖3 國際大洋鉆探378鉆探井U1553D不同藿烷類生物標(biāo)志化合物深度剖面變化圖

（3）生物標(biāo)志物（伽馬蠟烷指數(shù)和同藿烷指數(shù)等）、碳酸鹽碳同位素(- 27.9‰~ +2.0‰)、硫含量和甲烷含量表明，古新世南太平洋的氧化還原性質(zhì)由氧化-缺氧過渡帶向還原性較強(qiáng)的海洋環(huán)境（水深> 1000 m）轉(zhuǎn)變（圖5）。

圖4 國際大洋鉆探378鉆探井U1553D不同甾烷類生物標(biāo)志化合物深度剖面變化圖

圖5 （a）南太平洋早古新世(~65 Ma) IODP 378 Site U1553地理位置圖（據(jù)Cande and Stock,2004修訂)。（b1-b2）鉆探井U1553D巖性單元Va和Vb沉積模型。

該研究成果展示的生物標(biāo)志物記錄彌補了高緯度南太平洋古新世生物圈知識空白，首次提出的古新世沉積模式圖加強(qiáng)了地質(zhì)科學(xué)界對南太平洋的認(rèn)識，為古新世全球海洋環(huán)境的研究提供了新的數(shù)據(jù)支持。此研究成果近期發(fā)表于國際期刊《Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology》上，得到國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院PIFI項目的資助。

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論文信息：Jiang,L. (姜連),Ausín,B.,Khanolkar,S.,Wang,Y. (王云鵬),George,S.C.,2024. Unlocking the geochemical features of the Paleocene southern Pacific Ocean using carbon isotopes and biolipids. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology 650,112368.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112368