松遼盆地對白堊紀全球氣候變化的快速響應及生態影響

　　白堊紀是地質歷史的溫室氣候期，當時氣候非常炎熱，CO2濃度大約是現今的4倍。眾多的古氣候記錄顯示這種溫暖的氣候在白堊紀晚期發生了劇烈的變化，氣候隨之波動性地逐步變冷。然而，這些氣候變化記錄大多數是從海洋沉積物中獲得的，關于白堊紀時期陸地氣候的記錄研究較少。松遼盆地是全球最大的陸相盆地之一，具有連續的高沉積速率的陸相沉積，因此基于松遼盆地的白堊紀時期的古氣候環境恢復重建對于解析全球氣候變化和區域性陸地響應機制有重要的理論意義。特別是在Santonian-Campanian轉變時期，全球大洋殼體氧同位素不同程度的正偏被認為與海洋底層水體溫度的降低有關，而亞洲遠東地區溫度變化幅度達到10°C左右。

　　近期，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學重點實驗室助理研究員王麗等人發現在Santonian-Campanian轉變時期，松遼古湖泊在該時期不同碳數的正構烷烴氫同位素呈現不同程度的顯著負偏，其中中等鏈長的正構烷烴（MCA）氫同位素負偏達80‰左右，長鏈（LCA）和短鏈正構烷烴（SCA）的負偏程度達50‰左右。通過對比不同碳數正構烷烴的碳同位素分布及其相應碳數之間碳、氫同位素組成的相關系數，重建了該時期的湖泊水氫同位素組成以及降雨氫同位素組成的變化。結合藻類和孢粉學的證據認為：在Santonian-Campanian轉變時期松遼盆地存在長時間的降雨事件（圖1）。

　　然而具有透光帶缺氧指示意義的芳基類異戊二烯以及類胡蘿卜素類化合物(isorenieratane)的檢出說明在該時期存在透光帶缺氧，同時具有水體分層指示意義的伽馬蠟烷指數在這一時期呈現高值，另外具有鹽度指示意義的MTTCI顯示表層水體鹽度在該時期顯著降低(圖2)。結合松科1井（SK-1）以及前人在松遼盆地不同凹陷的研究結果，研究人員認為該時期水體環境變化劇烈，大量的淡水注入造成了湖泊水體呈現上淡下咸的分層，而降雨帶來的豐富的營養物質造成的藻類勃發，從而導致了水體的缺氧，水體分層和缺氧又進一步造成了透光帶缺氧這種極端的水體環境。這大大壓縮了光合自養生物以及需氧異養生物的生存空間，造成了水生生物的死亡。這些發現也與化石證據中觀察到的動物化石的顯著減少一致。因此研究人員認為發生在晚白堊紀時期這種長時間降雨事件，會給湖泊生態系統帶來致命破壞。需要指出的是，松遼盆地此次識別出的降水事件在盆地不同凹陷均有檢出，持續時間長達30萬年之間，這一現象與三疊紀末期的卡尼洪水事件很相似（持續了200萬年），是全球氣候變暖背景下的氣候異常事件，這種長時期的降雨事件會給湖泊生態系統帶來災難性的打擊。

　　該項研究得到國家自然科學基金（41502140和41502121）、有機地球化學重點實驗室自主課題（SKLOG 2016-A06）和中科院戰略性先導科技專項A（XDA14010103和2017ZX05008-002-030）的聯合資助。

　　研究成果近期發表在Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 雜志上。

　　圖1. 基于長鏈烷烴氫同位素和東亞地區的其它研究記錄：(A) 短鏈正構烷烴氫同位素組成變化(C27)；(D) 松遼盆地湖平面變化曲線 (Xi et al., 2011)；(E) SK-1井介形蟲殼體碳同位素記錄(Chamberlain et al., 2013)；(F) SK-1井介形蟲殼體氧同位素記錄(Chamberlain et al., 2013)；(G) Zakharov et al. (1999, 2011)等通過底棲有孔蟲氧同位素建立的溫度曲線；(H) Miller等 (2005)估算的海洋面升降高度。

　　圖2. TOC, MTTCI, Pr/Ph, A-i/P, Ga/Hop C31R, δ13Corg, δ2Hn-alkanes, and δ13Cn-alkanes等生標參數在剖面上的變化：(A)總有機碳豐度；(B)指示鹽度變化的脫羥基維生素E指數 (MTTCI) 變化；(C)反映氧化還原變化的姥鮫烷/植烷比值；(D)指示透光帶缺氧的A-i/p，五角星表示檢出isorenieratane的樣品；(E)指示水體分層和鹽度的Ga/Hop C31R指數；(G)不同來源的δ2Hn-alkanes 變化；(H)不同來源的δ13Cn-alkanes 變化。