白垩纪古海洋发生过多期次大洋缺氧事件(Oceanic Anoxic Events, OAEs)，以有机碳富集、地球化学指标异常和化石组合变化为特征，包括OAE 1、OAE 2和OAE 3三个事件。发生于阿普特期-阿尔布期（Aptian-Albian）的OAE 1可以进一步划分为OAE 1a、1b、1c和1d四个子事件。其中，OAE 1b（约114.5–110.5 Ma）记录于四期黑色页岩层（由下到上称作Jacob、Kilian、Paquier和Leenhardt）中，均以有机碳同位素负偏移和总有机碳含量增高为特征，形成机制假说有大火成岩省爆发、海水分层和海平面变化等。
以往对OAE 1b事件的研究主要基于特提斯西域的海相沉积物，而对于欧亚大陆的研究极少，这限制了我们深入了解陆地生态系统对OAE 1b的响应。近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士研究生赵向东在郑大燃研究员和张海春研究员的指导下，在酒泉盆地旱峡沟剖面下沟组与中沟组中首次发现了OAE 1b事件的记录。研究结果为重建酒泉盆地这一时期湖水中碳循环和汞循环提供了依据。相关研究成果已于近期发表于国际地学类学术出版物《伦敦地质学会特刊》（GSL Special Publications）上。
研究综合分析了盆地湖相沉积物的有机碳同位素（δ13Corg）、总有机碳含量（TOC）、总汞（Hg）含量以及Hg/TOC等特征，发现旱峡沟剖面中沟组下部记录了三次明显的碳同位素负偏移。结合中沟组底部的同位素年龄（112.4 ± 0.3 Ma），该剖面的三次负偏移可与同时期意大利Umbria–Marche盆地、法国Vocontian盆地及墨西哥Santa Rosa Canyon剖面的碳同位素曲线相对比。因此，旱峡沟剖面三次碳同位素负偏移分别代表OAE 1b的Kilian、Paquier和Leenhardt三次子事件，但不排除Leenhardt子事件发生于该剖面更上部层位的可能性。
旱峡沟剖面同样记录了五次汞富集区间（Hg/TOC值大于50 ppb/%），并可与意大利Umbria–Marche盆地Poggio le Guaine剖面的汞富集区间相对比，表明这两个剖面中的汞可能为同源，为南凯尔盖朗高原大火成岩省（Southern Kerguelen Plateau；约119.0 – 109.2 Ma）可能为OAE 1b触发原因这一假说提供了证据。此外，Hg/TOC在海、陆相地层中出现的多次峰值，也指示南凯尔盖朗高原大火成岩省的多幕式喷发。
在本研究中，上述三次有机碳同位素负偏移与五次汞异常区间并无耦合关系。这种非耦合关系可能是由于另一个未知的、与汞排放没有直接关系的轻碳储库在火山活动后被激活，进一步导致碳循环的扰动造成的。
相关研究工作得到中国科学院、科技部与国家自然科学基金委的资助。
论文信息：Zhao, X.D., Zheng, D.R., Wang, H., Fang, Y.N., Xue, N.H. & Zhang, H.C. (2021). Carbon cycle perturbation and mercury anomalies in terrestrial Oceanic Anoxic Event 1b from Jiuquan Basin, NW China. GSL Special Publications. http://dx.doi.org/10.1144/SP521-2021-149.
图1：酒泉盆地旱峡沟剖面研究层位露头照片
图2：酒泉盆地旱峡沟剖面地球化学综合曲线
图3：OAE 1b事件在酒泉盆地和海相沉积地层的对比
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