在大约九千四百万年前的白垩纪温室地球时期，全球海洋大范围缺氧，被称为大洋缺氧事件2 (OAE2)。通常认为，OAE2是由于海水中营养物质增加，使得海洋生物过于繁盛而消耗了海水中的氧气引起的。但对于营养物质的来源存在争议：（1）与白垩纪大火成岩省（LIP）相关的火山活动从地幔将营养物质输入到海洋；（2）白垩纪温室地球时期，水循环加速、大陆风化增强，从大陆将营养物质输入到海洋。由于铁是海洋生物必须的营养元素，且来自地幔和地壳的铁具有不同的铁同位素组成，海洋沉积物的铁同位素可用于示踪OAE2期间铁的来源及铁循环。针对上述争议，必赢76net线路官网李永祥教授团队和李伟强教授团队合作对藏南贡扎剖面OAE2事件地层开展了高分辨全岩铁同位素研究。
图1 藏南贡扎剖面OAE2事件起始阶段（C3阶段，浅蓝色条带）的年代（a）,碳同位素（b）,锇同位素及192Os（c，d）,铁同位素及FeT/Al比值（e，f）结果。PCE, Plenus降温事件。
结果表明，贡扎剖面δ56FeT在大陆地壳铁同位素平均值+0.1‰附近波动变化，且FeT/Al比值也稳定在碳酸岩的平均值0.9附近 （图1e, f）。δ56FeT低值出现于~94.8 Ma, ~94.5 Ma, ~94.3 Ma,与192Os含量及Os同位素指示的火山活动对应，暗示地幔来源铁的输入（图1c-e）。有意思的是，在~94.5 Ma-~94.3 Ma火山活动期间，δ56FeT并没有维持在~-0.2‰低值，而表现为逐步正偏移，与δ13C正偏移同步（图1b, e），暗示生物活动利用幔源铁营养元素，导致海水中铁同位素正偏移。相似的Fe、C、Os同位素的同步变化特征也出现在北大西洋和西特提斯域不同剖面/站位的OAE2记录中（图2）。这说明，OAE2事件初始阶段的δ56FeT全球大范围同步变化，且先负偏-后正偏的变化特征与大火成岩省（LIP）相关火山活动输入营养物质，刺激海洋初级生产力，导致海洋缺氧和碳同位素正偏移的过程一致。我们通过Fe-Os-C循环耦合的模型进行数值模拟研究，模拟结果与观测结果一致（图3），支持上述推断。
图2 东特提斯（a）,北大西洋（b,c）以及西特提斯域（d）处于不同古地理/古海洋背景的剖面/站位记录OAE2事件初期（C3阶段，浅蓝色条带）相似的铁同位素变化趋势（绿色箭头所示）。
图3 藏南贡扎剖面（GZ）铁同位素数值模拟结果。（a，b）,LIP火山活动及Os同位素变化；（c, d）,有机碳埋藏及δ13C变化；（e）δ56Fe变化。
另一方面，OAE2期间的锂同位素(δ7Li)负偏被认为指示大陆风化增强，陆源输入营养物质增加（图4b, c, d）。如果是这样，δ7Li最小值应早于δ13C最大值。但是，不同剖面的锂同位素结果显示，δ7Li最小值或早于δ13C最大值（图4b）或晚于δ13C最大值，甚至接近OAE2事件结束（图4c, d）。这说明，大陆风化增强并不是全球性的，而是展示出区域差异性特征。也说明，陆源输入的营养物质不是导致OAE2早期海洋初级生产力升高，海洋缺氧和碳同位素正偏移的主要因素。
图4 藏南贡扎剖面OAE2期间多指标记录（a）与英国（b, c）,意大利（d）不同OAE2剖面的δ7Li变化对比。
这项研究为揭示OAE2期间沉积、生物以及地球化学等过程的耦合联系提供了新依据。研究成果近期发表于国际地学自然指数（Nature Index）期刊《Geophysical Research Letters》。博士生李斌晨为论文第一作者，李永祥教授为通讯作者，其他作者包括必赢官网李伟强教授，博士生李宇琦等。感谢国家自然科学基金委等资助。
论文信息：
Li, B. C., Li, Y. X.*, Li, Y.Q., Li, W.Q., 2025. Iron isotope evidence for heightened primary productivity triggered by hydrothermally sourced nutrients during Oceanic Anoxic Event 2. Geophysical Research Letters. 52, e2024GL114116. https://doi.org/10.1029/2024GL114116
审核：陈天宇
