综合矿物学、微体化石组合与地球化学解析突尼斯中部北南轴向早托阿尔期Jenkyns事件古环境重建

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Integration of mineralogy, microfossil assemblages and geochemistry for palaeoenvironmental reconstruction of the Jenkyns Event (early Toarcian) in the North-South Axis, Central Tunisia

本研究聚焦早托阿尔期Jenkyns事件对北冈瓦纳古大陆边缘古海洋环境的影响。研究人员通过对突尼斯中部Kef El Hassine剖面进行沉积学、古生物学、矿物学和地球化学分析，揭示了该事件前、中、后的三个阶段：事件前海底氧化；事件中气候变暖、陆源输入增强、底水缺氧并出现底栖生物贫乏带；事件后底栖有孔虫重新定殖，环境逐步复苏。该工作为理解古代全球变暖事件及当代环境变化提供了重要地质类比。

　　

在地球漫长的地质历史中，海洋和陆地生态系统曾因剧烈的环境变化而多次经历动荡。其中，中生代早托阿尔期（early Toarcian）发生了一次全球性的重大环境扰动事件，被称为Jenkyns事件。这一事件涉及温室气体释放、全球变暖、海平面上升、海洋酸化和生物危机，是地球历史上研究全球变化及其生态响应的一个绝佳范例。在北非突尼斯的古特提斯洋边缘，当时的环境究竟发生了怎样的具体变化？这些变化如何影响了当时的海洋生物？为了回答这些问题，一个由突尼斯和西班牙科学家组成的研究团队对位于突尼斯中部北南轴向（North-South Axis）的Kef El Hassine剖面展开了详细研究。

研究人员整合了沉积学、微体古生物学（特别是底栖有孔虫）、矿物学（如粘土矿物分析）和地球化学（如碳氧稳定同位素、氧化还原敏感元素）等多学科方法。他们系统分析了该剖面下至中托阿尔期的泥灰岩和灰岩互层序列，旨在重建Jenkyns事件在该地区的古环境演变过程，并评估全球与局部因素对海洋生态系统的影响。这项研究成果发表在《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》期刊上。

研究团队采用了一系列关键方法：首先进行了详细的岩性和微相分析；其次，通过浮选法分离并利用扫描电镜（SEM）观察了底栖有孔虫等微体化石；再者，利用X射线衍射（XRD）技术分析了全岩和粘土矿物组成；最后，运用同位素质谱仪（IRMS）分析了碳酸盐的碳（δ¹³C）氧（δ¹⁸O）同位素，并采用X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析了主微量元素，计算了石英/粘土比、高岭石/伊利石比（K/I）、C值及一系列古气候、古生产力和氧化还原（如V/Al、Ni/Co、U/Th）等地球化学指标。

4.1. 岩相与微相

研究剖面自下而上分为四个岩性单元：单元1（Polymorphum带）为含海百合骨片、箭石喙和遗迹化石的灰岩，指示氧化环境。单元2（Levisoni带下部）为韵律性泥灰岩与纹层灰岩互层，化石稀少，出现底栖生物贫乏带，微相为含石英颗粒的泥晶灰岩。单元3（Levisoni带上部）为泥灰岩与灰岩互层，底部存在富铁氧化物沉积间断。单元4（Bifrons带）灰岩增多，微相中见铁质微腹足类铸模及大量黄铁矿球粒和八面体晶簇。

4.2. 有孔虫组合

底栖有孔虫组合由Lagenina亚目、Robertinina亚目和Textulariina亚目构成。单元1未分析微体化石。单元2底部（Levisoni带初期）有孔虫稀少，以Reinholdella和Lenticulina为主。随后出现约3.5米厚的“底栖生物贫乏带”，几乎无任何微体化石。该贫乏带结束后，在单元3上部和单元4（Bifrons带），有孔虫丰度急剧上升，组合以Lenticulina和Reinholdella为主，显示出生态系统的逐步复苏。

4.3. 矿物学组成

全岩矿物组成以碳酸盐和粘土矿物（绿泥石、伊利石、高岭石）为主，其次是石英和长石。粘土矿物含量在单元4最高。石英含量在单元2和3及单元4底部较高。石英/粘土比值在单元4底部最高，随后下降。高岭石/伊利石比值（K/I）在Levisoni带（单元2和3）升高，在单元3顶部下降，在单元4（Bifrons带）上部达到最高值，反映了湿度条件的变化。

4.4. 地球化学

4.4.1. 碳氧稳定同位素

δ¹³C值在单元2下部（Levisoni带底部）记录了一次显著的负偏（负碳同位素漂移，CIE），最低达-4.82‰，并在单元3顶部恢复到正值。总有机碳（TOC）含量极低（0.08–0.15 wt.%），负CIE期间略高。δ¹⁸O值在单元1和2最低（最低-6.59‰），被解释为早托阿尔期气候变暖的证据，随后在Levisoni带中上部呈现正漂移。

4.4.2. 古气候与风化指标

Sr/Cu比值在单元2（Levisoni带下部）的泥质样品中最低（多数<5），指示温暖湿润条件；随后在单元3和4升高，反映向半湿润/半干旱或干热条件转变。C值在Levisoni带（单元2和3下部）最高，指示湿润条件下风化作用增强；在Bifrons带（单元4）降低，表明风化作用减弱或气候相对干旱。

4.4.3. 古生产力指标

Ba/Al和Sr/Al比值在单元2（Levisoni带下部，即底栖贫乏带主体）的灰岩样品中达到峰值，表明初级生产力可能升高。在单元3和4，这些比值相对较低。

4.4.4. 氧化还原指标

V/Al、Ni/Al、Cu/Al、V/Cr、Ni/Co和U/Th等氧化还原敏感元素（RSE）比值在单元2达到峰值，并持续到单元3下部，与底栖生物贫乏带在时间上高度吻合，表明此时底层水和沉积物孔隙水处于缺氧状态。这些比值在单元4（Bifrons带）普遍降低，指示水体氧化程度增加。

综合所有结果，该研究将Kef El Hassine剖面下-中托阿尔期的古环境演化分为三个阶段：

1. 1.
   生物危机前（Polymorphum带）：以含海百合、箭石和多种遗迹化石的灰岩为特征，指示海底氧化环境。石英/粘土比和K/I比值较低，δ¹⁸O负偏开始，预示气候变暖。
2. 2.
   早托阿尔期生物危机（Levisoni带）：以碳同位素负偏（CIE）开始，标志着Jenkyns事件的发生。陆源碎屑输入（石英、长石）和粘土含量增加，K/I比值上升，表明水文循环和硅酸盐风化作用增强。δ¹⁸O的负偏被解释为气候变暖的直接证据。底栖生物贫乏带的出现以及氧化还原敏感元素（RSE）的富集，明确指向底层水和沉积物孔隙水的缺氧状态，这对底栖生态系统构成了不利条件。古生产力指标（Ba/Al, Sr/Al）在此阶段升高。
3. 3.
   生物危机后恢复期（Bifrons带）：氧化还原敏感元素含量下降，指示底层水含氧量回升。底栖有孔虫（以机会种Lenticulina和Reinholdella为主）重新在海底定殖，证实底栖生态系统开始逐步恢复。初期石英/粘土比升高而K/I比值下降，表明恢复阶段初期存在相对干旱的条件，随后风化作用再次增强。

这项研究的意义在于，它通过多指标综合研究，精细刻画了Jenkyns事件在北冈瓦纳古大陆边缘一个半深海环境下的具体表现。尽管该地区未形成富有机质的黑色页岩（T-OAE的典型标志），但事件依然通过碳循环扰动、气候变暖、风化作用增强和水体缺氧深刻地影响了当地的沉积环境和生态系统。研究强调了在区域尺度上，构造（盆地分隔）和局部古地理条件对全球事件环境响应的调制作用。这项工作为理解古代快速变暖事件如何影响不同海洋盆地的生态环境提供了重要案例，也对认识当前全球变化背景下海洋生态系统的潜在响应具有启示意义。