JGR-Solid Earth发表中国科学家大洋钻探新成果，揭示了始新世/渐新世边界前后东赤道太平洋深海沉积物中磁小体的古环境意义

  磁小体由趋磁菌在胞内合成，一般成链状，趋磁菌利用其磁性移动。目前发现磁小体的形貌主要有3种：立方八面体、拉长的棱柱形和子弹形，主要受控于趋磁菌的属种和基因。当趋磁菌死亡后，磁小体被遗留在沉积物中。前人研究表明，磁小体形貌组合暗示沉积时氧化还原条件，立方八面体可以分布在氧化还原过渡带中及其上方一些亚氧化带，而棱柱形和子弹形则集中在过渡带中。氧化还原过渡带的深度和厚度受到有机质供应、沉积速率和底层水及孔隙水氧含量的影响，而这些条件对气候变化非常敏感。新生代气候演化在晚始新世至早渐新世经历了从温室到冰室气候的重大转折，主要分两步：始新世-渐新世过度时期（EOT）的降温（约33.9Ma）和渐新世同位素事件1（Oi-1）的南极冰盖扩张（约33.5Ma），由此建立新的大气和海洋循环模式，极大地改变了全球海洋环境和营养分布。东赤道太平洋就是受影响的地区之一，从暖期到冰期，风尘输入发生变化，来自南大洋冷的深水影响沉积物中有机质输入，这些都会改变氧化还原过渡带的深度和厚度，以及趋磁菌的营养供应。磁小体形貌组合是否也会相应地变化？相关研究比较少。9月1日，国际著名地学期刊Journal of Geophysical Research-Solid Earth以“Journal of Geophysical Research-Solid Earth Supporting information for Paleoenvironmental significance of magnetofossils in pelagic sediments in the equatorial Pacific Ocean before and after the Eocene/Oligocene boundary”为题发表了南方科技大学海洋科学与工程系海洋磁学中心刘青松团队的最新成果，该成果利用大洋钻探计划（ODP）199航次和综合大洋钻探计划（IODP）获得的宝贵样品，发现磁小体形貌组合能忠实记录EOT前后东太平洋环境变化，支持磁小体作为古环境指标。

本文利用东赤道太平洋ODP 1218站位和IODP 1333站位中37-32 Ma深海沉积物样品（图1），通过全岩磁化率、IRM1T、ARM、HIRM等环境磁学方法以及透射电镜观察来研究磁小体组合在EOT前后的变化，再结合前人文章和相应的有机质富集速率（TOC MAR）变化来解释磁小体形貌组合变化的原因。

图1 东赤道太平洋地图，ODP 1218站位和IODP 1333站位的位置如图所示

主要获得以下两点认识：

1、磁性颗粒主要为风尘颗粒和磁小体（图2至4），它们在沉积物中的含量经EOT之后都随着风尘供应减少而降低（图5），但是磁小体、特别是子弹形的磁小体在磁性颗粒中的比例相对升高（图6和7）；

2、前人文献表明，EOT之前晚始新世有较高的输出生产力，而之后早渐新世也有多期次底栖孔虫富集和上升流的峰值（图5），然而EOT之后的降温减少了基础新陈代谢和营养循环对有机质的消耗，从而增加了沉积物中有机质的输入，TOC MAR的增加也支持这个观点（图5）。所以，EOT之后东赤道太平洋深海沉积物中有更高的有机质输入，由此增加了氧化还原过渡带的梯度，相应地，磁小体在磁性颗粒中的比例升高，特别是子弹形的。

图2 EOT之后（a）和之前（b和c）磁选颗粒的高角度暗场像，EOT之前风尘磁赤铁矿（d）、磁铁矿（e）和赤铁矿（f）透射电镜图和相应的电子衍射花样与能谱结果，（a）和（c）中黄色箭头指示磁小体

图3 EOT之后（a）和之前（b）磁小体链的高角度暗场像，EOT之后子弹形（c和e）和之前立方八面体（d和f）磁小体的高分辨率透射电镜图和相应的快速傅里叶变换花样

图4 EOT前后代表性样品的FORC图

图5 1218站位沉积相和样品年龄与磁化率（χ）、IRM1T、ARM、HIRM、全岩矫顽力、有机碳富集速率（TOC MAR）、ARM/χ和ARM/IRM1T的关系图（panel 1，a至f），以及相应的高分辨率磁化率（a，Lyle et al., 2002b）、底栖有孔虫碳氧同位素（g，Coxall et al., 2005）、底栖有孔虫富集速率（BFAR，h，Coxall and Wilson, 2011）、重晶石富集速率（BAR，h，Griffith et al., 2010）、硅藻/放射虫比值（D/R）> 63微米（h，Moore Jr. et al., 2014）和全岩富集速率（MAR，h，Coxall et al., 2005）。1333站位对应1218站位的结果（panel 2，i至n）以及相应的高分辨率IRM0.9T和ARM（j和k，Yamazaki et al., 2013）、底栖有孔虫碳氧同位素（o，Coxall et al., 2005）、重晶石富集速率（BAR，p，Erhardt et al., 2013）、D/R > 63微米（p，Moore Jr. et al., 2014）和全岩富集速率（MAR，p，Erhardt et al., 2013）。χ、IRM1 T、ARM和HIRM有计算无碳酸盐的结果（CFB，a至d和i至l）。粉色点标记了FORC（图4）和IRM成分分析（图6）的样品

图6 代表性样品的IRM成分分析结果（panel 1，a至c），1218站位（panel 2）和1333站位（panel 3）分离的生物软（BS）和生物硬（BH）组分的磁学结果与年龄的关系图，包括IRM-无碳酸盐结果（CFB，d和j）、IRM贡献比例（e和k）、IRM/χ（f和l）、IRM/IRM1T（g和m）、B1/2值（矫顽力，h和n）和分散参数（DP，i和o）。灰色的线代表图5中有机质富集速率

图7 EOT之前（panel 1）和之后（panel 2）的磁小体的轴比值（宽/长）与长度的关系图（a和d）、长度和轴比值的直方图（b，e，c，f），EOT前后子弹形磁小体含量的柱状图（g）、立方八面体和拉长棱柱形磁小体的长度和轴比值的箱式图（h和i）

南方科技大学海洋科学与工程系海洋磁学中心芦阳和王敦繁博士为本文的共同第一作者，刘青松讲席教授为通讯作者。论文的其他合作者包括海洋磁学中心蒋晓东研究助理教授，中山大学海洋科学学院林志勇博士，中国科学院广州地球化学研究所杨宜坪博士。本研究受国家重点研发计划（2016YFA0601903）、国家自然科学基金（41874078和U1606401）、“全球变化与海气相互作用”专项（GASI-GEOGE-03）、深圳市科创委项目（KQTD20170810111725321）资助。

编者按：

大洋钻探50年来获得岩芯总长度达40余万米，一直保存在大洋钻探的岩芯库里，所有这些岩芯以及船上获得的数据均向全世界科学家免费开放，科学家们可以根据自己的兴趣申请需要的样品开展研究，在发表成果时注明样品由大洋钻探提供即可。

申请样品和数据的流程请登录中国大洋发现计划网站（www.iodp-china.org）或点击阅读原文，了解详细信息。