在整体呈温室气候条件的白垩纪期间，由于大火成岩省岩浆作用，导致大气中CO₂含量激增和全球快速升温，促使地球进入极热气候状态，并引起海洋缺氧和大规模有机质埋藏，称为大洋缺氧事件（Oceanic Anoxic Events, OAEs）。Cenomanian晚期（约94Ma）发生的OAE 2是其中典型代表，期间的环境演化一直是古气候、古海洋领域的研究热点。该事件持续时间不足一百万年，此后地球系统恢复至背景温室气候状态。精确刻画OAE2期间海洋条件和气候系统的恢复过程，对于揭示温室条件下地球系统运行机制有重要意义。
针对上述科学问题，我校科学研究院陈曦与合作者以西藏南部OAE2层段碳酸盐岩为研究对象，通过分析东特提斯地区海水Zn同位素值（δ⁶⁶Zn）的演化过程，为OAE2期间古环境演化过程提供了新的证据。获得如下主要认识：
（1）OAE2初期（约200kyr）δ⁶⁶Zn值持续负漂，这一过程与陆源物质输入的峰值对应。表明事件初期在高CO₂浓度和高温条件下，大陆风化增强导致大量轻的Zn输入海水中，成为海水δ⁶⁶Zn值降低的主要原因，同时也导致了全球短暂降温。
（2）OAE2后期δ⁶⁶Zn值逐步恢复，指示了风化强度减弱和海洋表层生产力提升。生物光合作用优先吸收轻的Zn，促使海水δ⁶⁶Zn值升高。与此同时，生物固碳作用消耗大气中的CO₂，最终打破“生产力提升—海洋缺氧—生产力提升”的正反馈过程，进而导致OAE2结束。
（3）全球对比研究发现东特提斯与原北大西洋区域的δ⁶⁶Zn演化过程有显著差异。其原因是，原北大西洋地区有机质埋藏速率高，有机质埋藏和分解等区域过程对OAE2期间海水δ⁶⁶Zn演化起着控制作用。而东特提斯的δ⁶⁶Zn记录代表了开阔大洋的信号，更可能记录了全球信号。
该研究通过地层学、沉积学与地球化学相结合，以生物营养元素Zn在陆地、海水和有机物等储库中的循环过程为主要手段，揭示了大洋缺氧事件OAE2的早、晚期分别由大陆风化增强和海洋表层生产力提升对CO₂消耗起主导作用，促使地球气候恢复到背景状态，为极端温室条件下地球系统的负反馈机制提供了新认识。


图1 西藏南部贡扎剖面OAE2期间δ⁶⁶Zn演化与其他环境指标对比





图2 贡扎剖面δ⁶⁶Zn曲线与Eastbourne剖面（英国）δ⁶⁶Zn、δ⁷Li和Δ¹³C记录的对比



上述研究成果发表于地质学国际权威期刊《Geology》上：Chen, X., Sageman, B., Yao, H., Liu, S., Han, K., Zou, Y., Wang, C.,(2021). Zinc isotope evidence for paleoenvironmental changes during Cretaceous Oceanic Anoxic Event 2. Geology, v. 49,p. 412–416, https://doi.org/10.1130/G48198.1