白垩纪温室地球鼎盛时期（~90-95 Ma），地球两极无冰，海平面比现在高约200米, 高、低纬度区温差显著减小。发生于~94 Ma的白垩纪大洋缺氧事件（OAE2）是一次短暂的全球性重大古海洋和古气候事件。期间全球大洋大范围缺氧，导致富有机质黑色页岩沉积，海洋生物灭绝，并对全球碳循环产生扰动，表现为特征的碳同位素漂移（CIE）。OAE2事件是理解地球表层系统在温室状态下受扰动发生全球性重大快速变化过程和机制的一个重要窗口。通常认为，加勒比大火成岩省（Caribbean LIP）形成时的海底火山活动喷出了大量CO2和丰富的营养物质，扰动了全球大洋-大气系统，进而触发了OAE2事件。以往研究表明，指示火山活动的锇同位素（Osi）异常早于OAE2事件的起始，为火山活动触发机制提供了证据。然而，以往研究主要聚焦于北大西洋、北美西部海道以及欧洲陆表海的OAE2记录，而这些记录大多为滞积沉积，分辨率有限，有的甚至存在沉积间断，制约了对这一全球性事件触发过程和机制的认识。
图1 ~90 Ma 的古地理图展示主要OAE2剖面的位置
我国西藏特提斯喜玛拉地区在白垩纪中期时处于南半球东特提斯洋，记录了精细、完整的OAE2事件演化过程，且已建立了基于磁化率的高分辨天文年代标尺，并重建了基于磁学指标的氧化还原环境变化（Li et al., 2017，2020），有望为揭示OAE2事件的触发过程和机制提供关键证据。本研究从西藏定日贡扎剖面OAE2事件层位获得了第一个来自南半球的高分辨率锇同位素（Osi）记录。结果显示三次幅度逐渐增大的锇同位素负漂移分别发生于~95.1 Ma, ~94.8 Ma, 以及~94.5 Ma, 指示三期逐渐增强的火山活动。尤其是发生于~94.5 Ma强烈的火山活动晚于OAE2事件的起始，而且这期火山活动的锇同位素异常在~94.5 Ma之后仍持续了~200 kyr。
图2 研究剖面OAE2层位的高分辨率天文年代标尺、碳同位素以及锇同位素结果显示，表征火山活动的大幅度锇同位素异常晚于OAE2事件的起始
与西太平洋Yezo Group（日本）剖面和北美西部海道（WIS）岩心的高分辨率OAE2记录对比分析表明，全球大洋在~94.8 Ma时曾出现过短暂贯通。但在~94.8 Ma-~94.5 Ma期间，正在扩张中的古大西洋（与墨西哥湾连通）处于局限海环境。只有到~94.5 Ma时，强烈的海底火山活动及相伴的22-30米的全球海平面快速上升使得全球大洋连通性显著增强，从而能够将海底火山活动的影响通过洋流从古大西洋扩散至全球，产生了全球性OAE2事件，表现为全球可对比的、一致的碳同位素和锇同位素异常。显然，~94.5 Ma 大洋连通性的显著增强对于触发全球性OAE2事件至关重要。这是因为，如果在~94.5 Ma时大洋连通性没有增强的话，当时海底火山活动的影响很可能像~94.8 Ma火山活动的影响一样，仅局限于古北大西洋。
图3 北美西部海道、西藏、日本等剖面OAE2事件的高分辨率精细对比表明，全球性OAE2事件始于全球大洋连通时，即~94.5 Ma
此项研究表明，温室地球时期，全球大洋的高连通性是地球系统受扰动而触发全球变化的一个关键因素。这一来自地球“深时”记录的认识对于理解当前全球暖化，大洋脱氧，海平面快速上升的全球变化具有重要启示意义─即亟需加强对海平面上升，大洋连通性增强可能引发全球快速气候变化的气候敏感性模拟研究。另外，本研究报道了新的有机碳同位素结果。其与已有的无机碳同位素对比分析显示，在南半球，OAE2早期阶段也曾出现过短暂的冷期，很可能与北半球广泛记录的Plens 冷事件（PCE）相当，是大量有机质埋藏而导致的大气CO2浓度降低的结果。这反映了温室地球时期地球系统不同圈层、不同地质过程之间的互馈联系。
该研究由太阳官网李永祥教授团队与英国杜伦大学、香港大学和美国加州大学戴维斯分校等单位联合完成，于12月15日在线发表于国际知名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》。该研究得到国家自然科学基金委的资助。
文章信息：
Li, Y.X.*, Liu, X.Y., Selby, D., Liu, Z.H., Montañez, I.P. and Li, X.H., 2022. Enhanced ocean connectivity and volcanism instigated global onset of Cretaceous Oceanic Anoxic Event 2 (OAE2) ~94.5 million years ago. Earth and Planetary Science Letters. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117331https://authors.elsevier.com/a/1eFOQ,Ig4NVim
