始新世极热事件的海洋磁学记录研究

Eocene hyperthermal events are a series of global warming events occurred within the Eocene epochs (~55-34 million years ago). Their origin and environmental impact is important for understanding changes in the Earth systems in a high CO2 world. The widespread marine sediments deposited on the world’s ocean floor recorded key information about Earth system changes during these past global warming periods. This project proposes to reconstruct new marine magnetic records of Eocene hyperthermal events using sediment cores recovered from the Atlantic, the Pacific and the Indian Ocean through Ocean Drilling Program. An integrated approach, combining environmental magnetism, rock magnetism, spectroscopy, electron microscopy observation and finite-element numerical simulation, will be used to characterize the magnetic minerals within the studied Eocene marine sediments to track their origin, transportation and transformation pathways. The new marine magnetic records built from this project will provide key information about how earth’s environments and ecosystems responded to Eocene warm periods. It is also important for understanding the impact of current global warming due to modern anthropogenic forcing.

始新世极热事件是发生在始新世（距今约5500－3400万年前）的一系列剧烈全球变暖事件，研究其发生和对地球环境、生态系统的影响对于理解全球增温下的地球系统演化具有重要科学意义。分布于全球范围内的海洋沉积物记录了这系列全球变暖事件丰富的演化历史，是解开其一系列谜团的关键钥匙。本项目拟在前期多学科海洋记录研究的基础上，对分布于大西洋、印度洋和太平洋的多个始新世海洋沉积序列进行系统的海洋磁学研究，综合运用环境磁学、古地磁学、岩石磁学、光谱学、电子显微镜观测以及有限元数值模拟等研究方法，重点研究始新世海洋沉积物中磁性矿物的性质、来源以及转运规律等，进而追踪始新世极热期间的地球环境变迁及其对生态系统的影响。该项目对于始新世极热事件的海洋磁学记录的系统重建将为理解全球变暖下的地球环境、气候和生态系统演化提供新的线索，对于评估现阶段因人类活动引起的全球变暖效应也具有一定指导意义。

始新世极热事件是发生在距今约5500-3400万年前之间的一系列全球变暖事件，其中规模最大、影响最为深远的变暖事件为古新世－始新世极热事件（PETM）。研究PETM的过程及其对地球环境、生态系统、海洋变化等的影响是地球科学关注的焦点问题之一，对于理解全球升温背景下的地球系统演化具有重要科学意义。本项目重点围绕PETM全球变暖事件的环境气候变化重建，对广泛分布于大西洋、太平洋、印度洋、特提斯海等海洋区域一系列记录有PETM事件的海相沉积序列开展了系统性研究，综合运用岩石磁学、环境磁学、古地磁学、磁性矿物学、以及有限元微磁数值模拟，定量分析了沉积物样品中赋存的磁性矿物集合体，特别是生物磁铁矿和赤铁矿的性质特征及其变化规律，进一步综合同一岩芯的沉积学和地球化学记录，据此追踪了PETM等极热事件的海洋环境演变过程。通过深入分析大洋钻探南大西洋站位ODP Site 1263，创新性地分析了岩芯样品中保存的纳米级生物磁铁矿颗粒的物理特征和环境磁学信号，解译了磁性记录所携载的环境演变信息，研究结果显示PETM变暖期引起了南大西洋海底微生物繁盛，从热期触发到热期顶峰期间海底氧气含量逐渐降低的高分辨演变过程，此过程与气候模拟在全球变暖背景下远海区域海底氧降低的理论预期一致。研究结果对理解全球变暖下海洋原始生产力变化、底栖有孔虫大范围灭绝的因素、海洋碳吸收和埋藏及其对气候恢复过程中扮演的作用等提供了重要科学线索；通过PETM磁性记录的研究，发展了一种新的多尺度环境磁学综合分析方法，该方法创新性地结合纳米级直接观测、全岩样品岩石磁学性质，以及三维微磁数值模拟，可定量分析评估地质和陨石等复杂天然样品的磁性记录，此方法在岩石磁学和环境磁学领域有广泛应用前景，为环境和地质过程重建提供了一种新的分析工具。