奥陶-志留纪之交是地质历史上一个关键的转折期，其间发生了显生宙第一次生物大灭绝（即奥陶纪末生物大灭绝）、赫南特冰期以及海洋碳同位素正漂移（Hirnantian Isotopic Carbon Excursion，简称HICE，其漂移幅度可达+7‰）等一系列重大地质事件。深入研究这些地质事件的成因机制及其内在联系，对于揭示该时期生物与环境的协同演化规律具有重要意义。
海洋有机碳埋藏作为全球碳循环的重要组成部分，不仅能够吸收大气中的二氧化碳导致气候变冷，还能改变碳循环平衡（稳态），引起海洋碳同位素漂移。基于这一机制，海洋有机碳埋藏的增加曾被广泛认为是驱动赫南特冰期与HICE的关键因素，并为冰盛期与HICE的耦合提供了理论依据。然而，这一假说主要依赖于对碳循环剧烈扰动的理论推演，缺乏有机碳埋藏地质记录的直接证据。此外，最新研究表明，HICE受到海洋碳同位素梯度效应的显著影响（Yang & Fan* et al., 2024, Earth-Science Reviews），这意味着其+7‰的碳同位素漂移可能并不完全反映全球海洋碳循环的剧烈扰动。因此，奥陶-志留纪之交的海洋碳循环过程与赫南特冰期的成因机制仍存在争议，尤其是有机碳埋藏与冰期之间的内在关系尚未明确。
针对这一科学问题，南京大学樊隽轩教授团队通过系统收集和整理全球奥陶-志留纪之交陆架斜坡环境的25条剖面的生物地层与地球化学数据（图1），并采用绝对值与归一化两种相对独立的统计方法，定量重建了该时期海洋有机碳埋藏的演变规律（图2）。研究结果表明，海洋有机碳埋藏在凯迪晚期至赫南特冰盛期呈现逐步降低的趋势（图3）。这一现象可能与冰期降温导致的溶解氧增加以及海平面下降驱动的化跃层下移有关，这些变化为赫南特早期的陆架斜坡创造了相对氧化的海洋环境。在这种氧化条件下，有机质的保存受到抑制，导致有机碳埋藏降低，最终形成对气候变冷的负反馈机制。这一发现与前人的理论推演结果截然相反，表明有机碳埋藏并非赫南特冰期与HICE的驱动因素，反而是冰期降温降低了有机碳埋藏，进而减缓了全球变冷的进程。这一新发现不仅挑战了传统认知，还为重新理解奥陶-志留纪之交碳循环过程与冰期成因机制提供了重要依据。
图1. 本研究汇编剖面的古地理位置与生物地层信息。
图2. 奥陶-志留纪之交海洋有机碳埋藏的变化规律。(A)与(B)为归一化统计法，(C)为绝对值统计法。
图3. 奥陶-志留纪之交海洋有机碳埋藏与主要气候环境指标的综合对比。
上述研究成果于2025年1月30日在线发表于自然指数（Nature Index）期刊《地球与行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）。论文第一作者为杨生超博士后（现为中国科学院南京地质古生物研究所副研究员），樊隽轩教授为共同通讯作者。该研究是杨生超博士近年来围绕奥陶纪生物演化的环境背景所取得的系列成果之一。该研究得到了国家自然科学基金委、中国博士后科学基金、中央高校基本业务费（南京大学）与中国科学院南京地质古生物研究所自主部署项目的联合资助。
文章信息：
Yang, S.C.*, Fan, J.X.*, 2025. Decreased marine organic carbon burial during the Hirnantian glaciation. Earth and Planetary Science Letters, 654, 119240. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119240
相关论文：
Yang, S.C., Fan, J.X.*, Algeo, T.J., Shields, G.A., Zhou, Y., Li, C.*, Chen, J.T., Li, W.Q., Li, N., Cao, J., Zhang, L.N., Sun, Z.Y., Shen, S.Z., 2024. Steep oceanic DIC δ13C depth gradient during the Hirnantian glaciation. Earth-Science Reviews, 255, 104840. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.104840
审核：陈天宇
