沈俊* 等，地质过程与矿产资源国家重点实验室. Nature Communications (2022)， Mercury evidence for combustion of organic-rich sediments during the end-Triassic crisis

近日，我校地质过程与矿产资源国家重点实验室沈俊研究员联合国内外研究者，在《Nature Communications》上发表题为Mercury evidence for combustion of organic-rich sediments during the end-Triassic crisis论文。

三叠纪与侏罗纪之交是地质历史的关键转折期，发生了气候、环境的巨变（全球变暖、海洋酸化和缺氧、碳同位素负偏等）以及生物大灭绝（属于显生宙以来“五次生物大灭绝”之一）。生态系统的剧烈扰动被认为与该时期大规模火山活动（中大西洋大火成岩省，简称CAMP）的喷发，导致大气中二氧化碳、甲烷等温室气体含量的剧烈升高有关。虽然有学者通过三叠纪-侏罗纪之交的植物叶片气孔比率估测当时大气二氧化碳浓度在CAMP火山喷发前后升高了2-4倍。但是关于二氧化碳的来源，还存在诸多争议：主要包括，地幔来源，岩浆上升过程烘烤富含有机质沉积地层，永久冻土释放等来源。

汞元素（Hg）常和有机质共生，在有机质富集沉积物中（如煤）非常富集。所以，人类燃烧化石能源释放的汞是当今大气汞的主要来源。地质历史时期，火山喷发释放是最大的自然汞来源，但是火山作用引起的热力效应（如熔浆上升过程中，加热有机质富集地层）也会释放出大量的汞。汞同位素，特别是奇数汞同位素的非质量分馏 （MIF，Δ¹⁹⁹Hg），在不同的储库中有显著的差别：地球深部来源的Δ¹⁹⁹Hg值接近于零，与陆源（负Δ¹⁹⁹Hg值）和海水来源（正Δ¹⁹⁹Hg值）有显著的差异。所以，汞结合汞浓度和同位素可以很好地示踪火山作用的过程。

前人对三叠纪与侏罗纪之交汞的工作主要集中在陆相和大陆边缘剖面（图1）。Hg含量和Hg/TOC比值在灭绝界线附近都出现了明显的升高，且汞富集层位其Δ¹⁹⁹Hg的值接近0，被认为是与CAMP火山活动从地幔带来的汞有关。但是陆地和近海岸地区的Hg有多种来源，包括海水、陆源碎屑(如植被、土壤)和大气，所以，其浓度和同位素的记录具有多解性。

本项研究选取远离大陆的开阔深海剖面（Katsuyama）（图1），由于剖面位于远洋的深海海域，远离任何大陆边缘或火山岛弧，所以其记录的汞主要来自大气沉降，可以很好地限定汞的来源，同时深海剖面更可能记录全球大气汞信号。

研究结果显示，在灭绝界线附近有显著的Hg富集，为大气通量导致了大量汞输入提供了直接证据（图2）。同时，Δ¹⁹⁹Hg的负偏，说明火山喷发过程引起的热力效应（如岩浆烘烤沉积物中的有机碳）导致的汞释放远大于火山喷发直接释放的量（图3）。这个过程与当今人类活动燃烧化石能源所释放大量挥发组分对气候和环境产生重要影响的过程类似。研究表明，火山作用对地表的影响是多方位的，过程非常复杂，除了火山喷发从地幔带来的物质和能量外，还会引起一系列其他的连锁反应。

图1 研究剖面（红色五角星）的古地理位置图

图2 地球化学记录

图3 叠纪与侏罗纪之交汞循环示意图

论文信息：

Title：Mercury evidence for combustion of organic-rich sediments during the end-Triassic crisis

Sources：Nature Communications

Authors：Jun Shen, Runsheng Yin, Thomas J. Algeo, Henrik H. Svensen, Shane D. Schoepfer

Published：March 9, 2022

论文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-022-28891-8