畸形的貝殼，古老的沉積物提供了關于地球過去的線索
來源：骨軟筋酥網
時間：2025-12-10 05:18:34
從意大利古比奧發現的微小的古老浮游有孔蟲的掃描電子顯微鏡圖像。版權：加布里埃拉·基奇
來自印度洋東部，澳大利亞西南部近海的供關沉積物巖心。顏色較淺的于地沉積巖（右下）富含海洋酸化事件前沉積的碳酸鹽微化石，較深的球過去泥巖（左）代表海洋酸化發生的時間間隔。由于在酸化事件中沒有腐蝕性更強的線索海水引起的碳酸鹽微化石，這些石頭顏色較深。畸形版權：馬特瓊斯
（神秘的殼古地球uux.cn）據美國物理學家組織網（西北大學）：近1億年前，地球經歷了一次極端的沉積環境破壞，使海洋中的物提氧氣窒息，導致海洋滅絕水平升高，供關影響了整個地球。于地
現在，球過去在兩項互補的新研究中，兩個西北大學領導的地球科學家團隊報告了導致這一事件發生的事件的時間順序和特征的新發現，稱為海洋缺氧事件2（OAE2），這是40多年前由已故西北大學教授西摩·施蘭格（Seymour Schlanger）共同發現的。
通過研究從全球三個地點提取的保存完好的浮游微化石和大量沉積物，研究小組收集了直接證據表明，由于二氧化碳（CO2）海底大規模火山復合體噴發的排放。
在其中一項新研究中，研究人員還提出了一個新的假設來解釋為什么海洋酸化導致奇怪的低溫（被稱為“Plenus冷事件”），這短暫地中斷了原本非常炎熱的溫室時期。
通過分析一氧化碳的涌入2從火山影響海洋化學，生物礦化和氣候，研究人員希望更好地了解當今地球如何應對CO的增加。2由于人類活動，這可能會導致適應和減輕預期后果的解決方案。
一篇論文，其中包含深海巖心的發現，包括澳大利亞西南部附近新鉆探的地點，將于周四（1月19日）發表在《自然地球科學》雜志上。12月13日，一篇詳細介紹古代畸形微化石發現的補充論文發表在《自然》雜志《通信地球與環境》上。
“海洋酸化和缺氧是由大量一氧化碳引起的2從火山中釋放，“西北大學的布拉德·薩格曼（Brad Sageman）說，他是這兩項研究的高級合著者。“這些主要的 CO2地球歷史上的排放事件為我們提供了地球系統如何響應大量一氧化碳的最佳例子。2.這項工作對于我們對氣候系統的理解以及我們預測未來會發生什么的能力具有根本的適用性。
“基于元素鈣的同位素分析，我們提出了對Plenus冷事件的可能解釋，即由于海洋酸化而導致的生物鈣化速率減慢允許堿度積聚在海水中，”西北大學的Andrew Jacobson說，他是這兩項研究的高級合著者。“堿度增加導致一氧化碳減少2從大氣層。很可能是，這種變冷是變暖的可預測但短暫的后果。我們的OAE2結果為海洋堿度增強提供了地質模擬，這是緩解人為氣候危機的領先策略。
白堊紀氣候和同位素地球化學專家薩格曼和雅各布森都是西北大學溫伯格藝術與科學學院的地球和行星科學教授。這兩項研究由他們以前的博士生Gabriella Kitch和Matthew M. Jones領導，他們在西北大學時發起了這項研究。
重建白堊紀條件
基于40多年的研究，OAE2是地球上發生的全球碳循環中最重要的擾動之一。研究人員假設，在OAE2期間，海洋中的氧氣含量下降得如此之低，以至于海洋滅絕率顯著增加。為了更好地了解這一事件及其導致這一事件的條件，研究人員研究了廣泛分布的露頭地點的古代有機富碳和含化石沉積巖層，以及國際海洋發現計劃（IODP）獲得的深海巖芯。
這些遺址包括意大利的古比奧（意大利大陸的一個著名地區，曾經是一個深海盆地），西部內陸海道（從墨西哥灣延伸到北美北冰洋的古老海底）和幾個深海遺址，包括來自澳大利亞西南部近海印度洋東部的新遺址。
深海巖心提供了在開發海洋鉆探計劃之前完全未知的古海洋部分地區的寶貴記錄。在所有三個核心中，研究人員都專注于白堊紀中期的部分，就在圖羅尼亞和塞諾曼時代邊界之前，以重建導致OAE2的條件。
“在地質過去研究海洋酸化的挑戰部分是我們沒有古老的海水，”瓊斯說，他現在是史密森學會的彼得巴克博士后研究員。“你很少能找到任何類似于巖石或礦物中的古代海水的東西。因此，我們必須尋找間接證據，特別是化石貝殼和巖化沉積物化學的變化。
畸形化石
對于發表在Communications Earth & Environment上的研究，Kitch和她的合著者專注于化石有孔蟲，海洋棲息的單細胞生物，外殼由碳酸鈣制成，由意大利合作者，烏爾比諾大學的Rodolfo Coccioni教授在Gubbio站點收集。
Kitch和她的合作者被Gubbio標本所吸引，因為Coccioni對其殼的光學觀察和測量顯示出異常，包括一致的“侏儒”模式或整體尺寸的減小，與OAE2的發病相吻合。
“這些是壓力的光學跡象，”Kitch說，他現在是國家海洋和大氣管理局的Knauss研究員。“我們假設壓力可能是由海洋酸化引起的，然后影響了生物構建貝殼的方式。
為了驗證這一假設，基奇分析了化石的鈣同位素組成。在溶解化石外殼并用熱電離質譜儀分析其成分后，西北大學的研究小組觀察到畸形標本中的鈣同位素比率以與酸化應力一致的方式移動。
“這是第一篇將鈣同位素證據與壓力生物指標觀察相結合的論文，”Sageman說。“正是這些獨立的生物和地球化學觀察證實了OAE2開始時對生物礦化的影響。
“因果關系”
在發表在《自然地球科學》上的第二項研究中，瓊斯和他的合著者專注于澳大利亞西南部近海巖化沉積物的深海核心，他和同事在2017年的IODP探險中收集了這些沉積物。對于這塊拼圖，研究人員對沉積物中的東西不太感興趣，而對沉積物明顯缺乏的東西更感興趣。
核心包含成堆的石灰石，富含碳酸鈣礦物質，但在OAE2之前突然沒有碳酸鹽。
“在這個時間間隔內，我們發現方解石不存在，”瓊斯說。“沒有碳酸鹽礦物。核心的這一部分明顯更暗;它直接向我們跳了出來。碳酸鹽要么溶解在海底，要么更少的生物在地表水中制造碳酸鈣殼。這是對海洋酸化事件的直接觀察。
在與杜倫大學的Dave Selby教授合作進行的地球化學分析中，瓊斯注意到碳酸鹽并不是唯一顯示出顯著變化的成分。與OAE2的開始相吻合，鋨同位素比率也發生了顯著變化，這表明地幔衍生的鋨大量輸入，這是一次重大海底火山活動的指紋。這一觀察結果與許多其他研究人員的工作一致，他們發現了OAE2之前大型火成巖省（LIP）噴發的證據。
這些大規模火山活動的事件發生在整個地球歷史中，并越來越被認為是全球變化的主要推動者。許多LIP是潛艇，注入了數噸一氧化碳2直接進入海洋。當一氧化碳2溶解在海水中，形成弱酸，可以抑制碳酸鈣的形成，甚至可能溶解預先存在的碳酸鹽殼和沉積物。
“就在OAE2開始時，鋨同位素比率轉變為非常非常低的值，”瓊斯說。“唯一可能發生的方法是通過大型火成巖省噴發。這有助于我們建立因果關系。我們可以看到火山真正活躍的證據，因為鋨值崩潰。然后，突然之間，沒有碳酸鹽了。
生物反饋
雖然LIP之后的海洋酸化并不一定令人驚訝，但西北大學團隊確實發現了一些不尋常的東西。OAE2期間的酸性條件比古代世界其他被廣泛認可的酸化事件持續時間要長得多。瓊斯認為，海水中缺氧可能延長了酸化狀態。
“在OAE2期間消耗下沉浮游生物和水柱中有機物的生物也在呼吸一氧化碳2，這導致了最初由一氧化碳引發的海洋酸化2LIP火山活動的排放，“瓊斯說。“因此，海洋缺氧可能是對海洋酸化的'正反饋'。這很重要，因為今天的全球海洋除了pH值下降外，氧氣含量也在下降。這表明氧氣的減少可能會延長酸化，并突出表明這兩種現象密切相關。
在Kitch的研究中，她發現生物學在事件中發揮了另一個作用。全球變暖和海洋酸化不僅被動地影響有孔蟲。生物體在構建外殼時也通過降低鈣化率來積極響應。隨著鈣化減慢，有孔蟲消耗的海水堿度減少，這有助于緩沖海洋不斷增加的酸度。這也提高了海洋吸收一氧化碳的能力2，可能會觸發全會冷事件。
“我們稱這一階段為'溫室時期'，因為溫度非常非常溫暖，”基奇說。“然而，有證據表明OAE2間隔期間相對冷卻。沒有人能夠解釋為什么會發生這種冷卻。我們的研究表明，通過減少海洋中的碳酸鹽產量，你實際上提高了堿度，這使海洋具有緩沖吸收一氧化碳的能力。2.海洋突然有能力吸收一氧化碳2并平衡碳通量。
穩定“是有代價的”
但僅僅因為短暫的冷卻打斷了這個溫室時期，研究人員警告說，海洋緩沖一氧化碳的自然能力。2不是當前人為氣候變化的答案。薩格曼通過將氣候變化與癌癥進行比較來解釋這一情景。
“這就像一個病人得了癌癥，癌癥消失了一個月，”薩格曼說。“但后來它回來了，殺死了病人。不要被愚弄，以為海洋會讓我們降溫，一切都會好起來的。有一小段時間很酷。
“雖然地球反彈并自我治愈，但海洋領域的滅絕有助于實現這一目標，”雅各布森補充道。“地球有一些穩定的反饋，但它們是有代價的。
