奥陶纪末赫南特期，全球海洋-大气系统碳循环发生了显著扰动，这被全球地层中的无机/有机碳同位素漂移（Hirnantian isotopic carbon excursion，简称HICE）所记录。在一些浅水剖面上，HICE正漂可达6‰以上，而在一些相对深水的剖面上只有2‰至3‰（图1）。针对HICE正漂幅度与持续时间在不同剖面存在明显差异这一现象，我院青年教师张家强，联合中国石油勘探开发研究院邱振（我校客座教授）、中国科学院肖文交院士，以及英国利兹大学Simon W. Poulton教授团队对奥陶纪–志留纪之交华南扬子陆棚海40余个野外剖面/钻井的碳同位素记录和两个典型剖面（万和、双河）的碳同位素、钙同位素开展了研究。

图1 奥陶纪-志留纪之交全球碳同位素、有机碳含量和Ca/Al汇编，海水温度、海平面升降、海洋氧化还原条件变化及生物灭绝事件

研究发现，奥陶纪–志留纪之交扬子陆棚海有机碳同位素记录存在着明显的时空变化性，特别是赫南特最大冰期之前（图2C）、期间（图2D）及之后（图2E）的海洋有机碳同位素模式完全不同。另外，近岸浅水区的有机碳同位素值明显高于远岸深水区，形成一个最大约4‰有机碳同位素横向梯度。对万和、双河两剖面无机碳同位素、碳酸盐岩矿物的钙同位素和微量元素的分析及数值模拟，发现两剖面无机碳同位素的变化无法用初始碳酸盐岩矿物文石/方解石的相对含量变化或者海相早期成岩作用完全解释，这表明万和、双河剖面无机碳同位素的变化，至少有一部分是记录了海洋溶解无机碳（DIC）变化的信号，也指示着扬子陆棚海有机碳同位素的时空模式代表了区域海洋DIC同位素信号的变化。另外，HICE的幅度也具有明显的空间变化性（图3）：近岸浅水区HICE正漂幅度大（+3‰以上），但在远岸深水区正漂移甚至不足+2‰；接近古地貌隆起及碳酸盐岩暴露区（图3B），HICE的正漂幅度也较大。研究认为，HICE不仅记录了全球海洋碳循环的扰动（有机碳大量埋藏引发），还受到区域因素（如相对海平面升降、碳酸盐岩风化）的明显影响。赫南特冰期全球海洋的平均碳同位素扰动可能只有+2‰左右，而非一些区域的、近岸浅水剖面所记录的那样明显。该项研究也表明，受区域因素的影响，单一剖面的碳同位素很难真实地记录全球海洋的碳同位素组成的变化。

图2 奥陶纪-志留纪之交扬子陆棚海有机碳同位素记录的时空变化

图3 扬子陆棚海HICE幅度的变化（A），贵州中部与宜昌地区的晚奥陶世灰岩与志留纪龙马溪组间的沉积间断（B）

上述研究成果发表于自然指数（Nature Index）期刊《Earth and Planetary Science Letters》，论文第一作者为我院青年教师张家强，邱振和肖文交院士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（42222209和42488201）、国家留学基金委项目等的联合资助。

论文信息：

Zhang, J., Qiu, Z.*, Xiao, W.*, Wignall, P.B., Kong, W., Mills, B.J.W., Xiong, Y., Poulton, S.W., 2025. Organic carbon, sea level and carbonate weathering controls on marine carbon isotope perturbations across the Hirnantian glaciation. Earth and Planetary Science Letters 667, 119539.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119539