古新世-始新世极热事件（PETM）是巨量轻碳注入海气系统引发的全球增温事件，被认为是人类碳排放导致全球变暖的地质相似型。因此，揭示PETM事件的快速碳封存机制，不仅是理解地质历史时期碳循环恢复过程的关键，也对当前全球变暖背景下碳封存策略的制定具有重要启示。目前普遍认为，PETM事件的快速恢复主要归因于有机碳埋藏的增强。然而，关于有机碳埋藏的机制、埋藏的主要阶段以及空间分布等科学问题，仍未得到清晰阐释。

近日，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室环境演变与碳循环学科中心（沉积与地球环境学科组）王学婷博士、王旭研究员、Abdelhamid M. Salman博士、靳春胜研究员、陈祚伶研究员、王永莉研究员、崔琳琳高级工程师、博士生吕沛宗、于海洋博士、张师豪博士，以埃及Tarfa和Qreiya两个不同水深剖面为研究对象（图1），开展环境磁学和有机地球化学研究，重建了PETM时期的水文循环、生产力、水柱分层、氧化还原和有机质富集状况，旨在揭示有机质富集机制。在此基础上，汇编了PETM时期全球海陆相TOC记录，以进一步探讨该时期有机质富集的时空分布特征。

图1 Tarfa和Qreiya剖面地质概况及剖面位置

研究发现，PETM时期随着温度和水文循环的增强，陆源有机质、营养盐及淡水输入逐渐增加，导致特提斯南缘埃及地区不同水深的水柱分层呈现显著的空间异质性，进而致使缺氧程度、细菌活动及有机质富集表现出明显差异（图2，图3）。其中，底水缺氧和增强的细菌活动可能共同促进了该地区的有机质富集。

图2 PETM时期Qreiya和Tarfa地区的生产力、水柱分层、氧化还原、有机质富集和水文循环状况

图3 PETM时期特提斯南部陆架环境变化的概念模型图。a为PETM前的环境；b为PETM开始时期，水体分层和缺氧开始形成；c为PETM主体时期，水体分层、缺氧和细菌活动加剧；d为气候和环境逐渐恢复到接近PETM前的水平。b和c展示了PETM不同时期气候、水文循环、沉积环境、生物活动、氧化还原过程以及有机质富集等多种因素之间的相互作用关系

全球TOC记录汇编表明，PETM期间全球有机质富集具有显著的空间异质性（图4a），且与温度、水文循环、海洋酸化、生产力和氧化还原条件的空间异质性密切耦合（图5）。整体来说，有机质富集与碳同位素漂移之间的关系可划分为三种模式：（1）陆相环境中有机质富集程度有限，主要归因于水文循环增强所导致的陆源碎屑稀释效应，以及淡水输入增加引起的水体氧化条件不利于有机质保存（图4b）；（2）陆架边缘海及深海环境中有机质富集同样受限，主要由于缺氧条件的缺失和（或）初级生产力的不足（图4c）；（3）受限陆架及沿岸海域在PETM主体阶段发生了显著的有机质富集，这归因于高温、增强的水文循环、海洋酸化、缺氧条件与高初级生产力的协同作用（图4d，图5）。

图4 PETM期间全球TOC数据的汇编。a为全球PETM时期有机质富集的空间分布特征；b-d为有机质富集与碳同位素漂移的三种模式；e为陆架、深海和陆地环境中有机质变化的比例

图5 有机质富集空间异质性与温度、降水及海洋酸化空间异质性的对比。a-e分别展示温度、年均降水（ΔP）、冬季（DJFM）、夏季（JJAS）降水及全球平均海表pH

该研究揭示的全球有机质富集的空间异质性和提出的新机制，加深了对地质历史时期碳循环的理解，为评估现今人工碳封存战略提供了地质参考。

王学婷（博士生）