近日，国际著名Nature Index期刊Geophysical Research Letters在线发表了我院李超教授团队最新研究成果 “Barium Isotopes Indicate Spatiotemporal Heterogeneity of Marine Primary Productivity during the Toarcian Oceanic Anoxic Event”。论文第一作者为沉积地质研究院陈文汉研究员，李超教授和中国地质大学（武汉）David B. Kemp教授为共同通讯作者。研究还得到英国牛津大学、南京大学、中国科学院南京地质古生物研究所、河海大学等国内外知名高校和科研院所多位专家学者的支持。
该研究首次利用碳酸盐岩钡同位素（δ138Ba）重建早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件（Toarcian Oceanic Anoxic Event, T-OAE，~183 Ma）期间海洋初级生产力变化，揭示了浅海与远洋环境对全球气候剧变响应的显著差异，并提出远洋深水盆地可能是当时全球碳循环调节的重要碳汇区域。
一、全球变暖背景下，海洋生产力如何响应？
约1.83亿年前，地球经历了一次剧烈的全球环境危机——托阿尔期大洋缺氧事件（T-OAE）。这一时期，大量轻碳快速进入地球表层系统，引发全球变暖、水循环增强、海洋缺氧和生态系统剧烈动荡。由于全球广泛发育富有机质黑色页岩，地质学家将其称为“大洋缺氧事件”。
尽管T-OAE期间有机碳埋藏显著增强已得到普遍认可，但导致这一现象的核心问题始终存在争议：海洋初级生产力在这一时期究竟如何变化？这种变化是全球同步发生，还是不同海域存在差异？这一问题不仅关系到我们对深时碳循环的理解，也直接影响对未来全球变暖背景下海洋碳汇能力的认识。
二、钡同位素：打开古海洋生产力“密码锁”的新钥匙
海洋中的钡（Ba）与海洋生物泵过程密切相关。当表层海洋浮游生物繁盛时，更多有机颗粒向深海输送，在有机质降解形成的微环境中生物成因重晶石不断形成。该过程中，轻钡同位素优先进入生物成因重晶石，重钡同位素（138Ba）则更多留存于表层海水，由此发生显著的钡同位素分馏，进而改变表层海水钡同位素组成。海洋生产力越强、生物泵输送效率越高，表层海水 δ138Ba 值越偏正；深层水体与自生矿物则富集轻钡同位素。海水同位素信号可被同期碳酸盐岩有效保存，因此碳酸盐岩δ138Ba能够为重建古海洋生产力提供新的地球化学窗口（图1）。基于上述原理，研究团队选取了特提斯洋两处沉积环境差异显著的剖面开展对比研究：中国西藏浅水碳酸盐台地Nianduo剖面——代表近岸浅水环境；意大利Belluno Trough盆地Dogna岩心——代表深水远洋环境。通过对两个剖面高分辨率碳酸盐钡同位素记录进行对比，研究团队首次追踪了T-OAE期间海洋生产力的区域差异化演化过程。
三、远洋深海：T-OAE重要的“碳汇工厂”？
研究发现，在T-OAE开始阶段，两个研究区均出现明显的δ138Ba正偏，表明海洋生产力在事件初期发生了跨区域同步增强（图2）。这一结果意味着T-OAE开始时的生产力提升并非局部现象，而可能是一种全球尺度的海洋响应。但随后，两类海洋系统开始呈现明显分化。在浅水台地环境中，生产力增强持续时间较短，与陆地风化增强和陆源营养盐输入增加密切相关（图2a）；而在远洋盆地，高生产力水平则持续时间较长，延续至T-OAE恢复阶段（图2b）。研究团队进一步利用磷相分配分析方法，结合氮同位素和汞异常等地球化学指标（图2b），认为远洋高生产力可能受到多种机制共同维持，包括缺氧条件促进沉积物中磷再循环，深水上涌持续提供营养盐，以及火山活动产生的火山灰与气溶胶带来额外营养元素输入。这些过程共同促成了远洋表层较长时间的高生产力状态（图3）。
研究进一步指出，Dogna远洋盆地在T-OAE期间具有显著的有机碳埋藏能力。持续较高的远洋生产力意味着更多有机质能够向深海输出并长期埋藏，从而将大气中的二氧化碳固定于沉积系统之中。基于沉积速率与有机碳记录估算，研究团队认为远洋深水盆地在T-OAE期间可能发挥了重要碳汇作用，并参与调节全球碳循环与气候系统。这一发现改变了以往主要强调浅海陆架环境控制有机碳埋藏的传统认识，为理解古海洋碳汇形成机制提供了新的视角。这一成果深化了我们对古海洋生态系统和碳循环反馈机制的认识，也为理解现代全球变暖背景下海洋碳汇功能及海洋生态系统潜在响应提供了重要的地质历史参照。
该研究受国家自然科学基金杰青延续资助项目(42425002)、国家重点研发计划项目(2023YFF0804000)、国家自然科学基金青年基金项目(42302119)、成都理工大学学科领军创新团队项目等联合资助。
论文信息（*为通讯作者）：
Chen, W., Kemp, D.B*., Jenkyns, H.C., Robinson, S.A., Lin, Y., Hu, J., Han, Z., He, T., Zhang, F., Sun, X., Shi, G., Li, C*., 2026. Barium Isotopes Indicate Spatiotemporal Heterogeneity of Marine Primary Productivity during the Toarcian Oceanic Anoxic Event. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL121983. DOI: 10.1029/2026GL121983.
图1. 海洋钡循环示意图。右下角展示东北太平洋SAFe站位(Geyman et al.，2019)海水Ba浓度（玫红色）与δ138Ba（橄榄绿色）的简化剖面，呈现典型的准营养盐型分布特征。MPP，海洋初级生产力；OM，有机质；Δ138Babarite–diss = δ138Ba重晶石 − δ138Ba海水。
图2. 研究站点Nianduo (a)和Dogna (b)岩性、生物地层特征、地球化学记录及陆地风化、海洋氧化还原条件与生产力变化。δ138Bacarb误差棒表示2SD分析不确定性。浅灰色和浅蓝色阴影分别代表T-OAE起始阶段与恢复阶段。
图3. T-OAE期间营养盐供给与海洋生产力时空异质性概念模型。各面板左上角为事件期间理想化δ13C变化曲线，灰色阴影代表不同演化阶段。
