童晓宁等-PPP：东亚内陆湖泊有机质和叶蜡正构烷烃碳同位素记录对早白垩世Weissert事件的陆地响应

目前研究表明Weissert事件是早白垩世第一次全球碳循环扰动事件。海洋沉积记录显示在Weissert事件期间全球海洋沉积发生了显著的碳同位素正偏（CIE）、海洋缺氧(OAE)及富有机质页岩广泛发育。然而，当前关于Weissert事件在陆相湖泊中的沉积记录识别以及湖相有机质对该事件的响应机制还严重缺乏，特别是缺乏与海相沉积记录相对应的陆相沉积记录，因此目前对Weissert事件是否是全球性的地质事件还存有一定的争议。

   针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室的童晓宁博士后在胡建芳研究员和彭平安院士的指导下，联合南京大学和中国地质大学(北京)等相关学者，通过对华北滦平盆地榆树下剖面大北沟组（图1）岩石样品的总有机碳(TOC)及其稳定碳同位素（δ¹³C_org）、叶蜡烷烃稳定碳同位素（δ¹³C_wax）以及微量元素的系统研究，发现大北沟组样品的正构烷烃以中碳数（C₂₁–C₂₅）化合物为主（图2），结合样品δ¹³C_org数据，认为滦平古湖泊沉积有机质主要来源于湖泊内水生大型植物、细菌、藻类，陆生植物也有一定的贡献。

图1. (a) 全球早白垩古地理格局和Weissert 事件大洋缺氧 (OAE) 的记录分布，(b) 滦平盆地地理位置分布图，(c) 滦平盆地大北沟组地层分布，★为河北榆树下剖面位置。

图 2. 榆树下剖面大北沟组代表性样品饱和烃气相色谱图（标出的为正构烷烃碳数）

全球Weissert 事件大约发生在133.9 Ma~132.6 Ma, 而前人对榆树下剖面的生物地层和SIMS U–Pb定年研究认为滦平盆地大北沟组的沉积时代为早白垩的中Valanginian–早Hauterivian 阶，完全涵盖了Weissert 事件发生的时间。本次研究发现大北沟组二段和三段的δ¹³C_org和δ¹³C_wax都发生了显著正偏，推断这是Weissert事件在东亚陆相湖泊中的响应。但大北沟组的δ¹³C_org正偏达3.5 ‰（图3），δ¹³C_wax正偏幅度高达6.9‰（图4），而全球海洋沉积记录的δ¹³C_org正偏幅度一般为1.5‰（图3）。本次研究认为在Weissert 事件时期因全球碳循环的扰动，大气CO₂浓度的降低导致了全球沉积碳同位素的正偏，而滦平古湖泊因为水生植物对沉积有机质的优势贡献（沉水植物主要利用富含¹³C的HCO^3-进行光合作用），导致其碳同位素的正偏幅度更大。

图3. 滦平盆地榆树下剖面岩性、年代地层及其δ¹³C_org与全球海洋沉积记录的δ¹³C比对

图4. 大北沟组正构烷烃组成比例和单体化合物δ¹³C值的剖面变化

通过对该剖面的沉积环境条件的研究，发现在Weissert事件期间滦平古湖泊在Weissert事件前（pre-WE），沉积TOC高、Pr/Ph比值低、C_org/P值高，表明此时湖泊缺氧的沉积条件有利于有机质的保存；而在Weissert事件期间(WE)，TOC却表现为降低、Pr/Ph比值增加、C_org/P比值降低，表明此时相对氧化的沉积条件不利于有机质的保存；在Weissert事件后(post-WE)，TOC显著升高、Pr/Ph比值降低、C_org/P增加（图5）。因此，研究证明了Weissert事件是全球性事件。另外研究也表明虽然Weissert事件期间发生了全球性的碳同位素正偏，但在华北陆相湖泊沉积记录中其沉积TOC并没有升高，沉积环境也没有变得更为还原，这与全球海相沉积记录显著不同。

图5. 滦平盆地大北沟组沉积时期的氧化/还原条件重建结果

本研究通过一系列的地球化学指标重建研究，证实了华北地区陆相湖泊对Weissert事件的陆地响应，揭示了该事件期间碳同位素正偏是全球性的，但湖泊中碳同位素正偏与缺氧、高有机质沉积不一定耦合，为全面认识白垩纪OAE事件及碳循环扰动提供了独特的湖相记录。

此研究成果近期发表于国际期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上，得到中国国家自然科学基金（42288201和42293294）资助。

论文信息：Xiaoning Tong（童晓宁）, Jianfang Hu（胡建芳）, Yanhong Pan（泮燕红）, Zuohuan Qin（覃祚焕）, Dangpeng Xi（席党鹏）, Ping’an Peng（彭平安）, Thomas J. Algeo, Terrestrial response to the Early Cretaceous Weissert Event: Insights from carbon isotope records of organic matter and leaf wax n-alkanes in an inland East Asian lake. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Volume 656, 2024.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2024.112570