我校在重大地质突变期古海洋氮循环研究领域取得重要进展

 地大新闻网讯 （通讯员 殷茵）近日，我校生物地质与环境地质国家重点实验室宋虎跃研究员团队在《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）发表题为《早三叠世极端气候转折期的氮循环变化》的研究成果，揭示了早三叠世极端温室时期海洋氮循环与气候变化的相互作用过程和机制。文章的第一作者为杜勇博士，通讯作者为宋虎跃研究员。

氮是生物体生长和代谢所必须的重要营养元素，也是气候变化的敏感响应者和关键参与者。相关研究表明海洋氮循环在季节、亚轨道、轨道尺度上存在周期性变化，初步揭示了氮循环对温度和气候变化的响应机制。然而，极端气候转折期的古海洋氮循环变化和机制仍不清楚，但其对理解地质微生物如何响应和影响海洋氮循环及气候变化至关重要。早三叠世是显生宙历史上最为关键的温室时期之一，其中Smithian亚期记录了极端高温事件，之后在Smithian-Spathian之交发生了显著的降温事件，是研究极端温室气候与氮循环变化的理想时期。

研究团队通过对华南扬子台地和南盘江盆地下三叠统不同沉积环境的地质样品，开展系统的氮同位素分析研究，探讨了Smithian-Spathian过渡期海水表层温度、氧化还原状态等因素与海洋氮循环演变的作用机制（图1）。

图1 华南早三叠世Smithian-Spathian之交的氮循环演化机理模型

研究发现，Smithian亚期的氮同位素值明显偏低，指示极端高温造成了不同盆地和沉积相普遍存在营养氮元素的匮乏，微生物固氮作用主导了该时期的海洋氮循环，释放的温室气体N2O进一步加剧了全球变暖。Smithian-Spathian之交降温过程的不稳定性使得氮循环在空间上呈现显著的差异；降温后的Spathian早期，低纬度地区迅速构建起硝酸盐库和含氧氮循环，氮同位素值升高。该研究揭示了极端气候转变期氮循环与温度在地质尺度上的紧密联系，不仅表明营养氮供给对温度变化存在密切响应，还为地质微生物控制的氮循环过程在环境和生物演化复苏中可能起到的关键作用提供了依据。

近年来，宋虎跃研究员团队在氮同位素分析测试技术和古海洋氮循环领域取得了一系列重要进展：开发了低氮含量地质样品的氮同位素分析技术，优化了地质样品多赋存形态氮的提取方法；探讨了显生宙不同时期样品中不同赋存形态氮的同位素差异及其机理，为氮同位素数据解释提供了重要参考；系统研究了地质历史时期温室气候和冰室气候背景下的氮循环演变过程，重建了重大地质突变期的古海洋环境变化。上述研究不仅为理解地质微生物如何响应和影响古海洋氮循环和古环境变化提供关键信息，同时为理解当今海洋氮生物地球化学循环与气候变化的相互联系提供重要的地质证据。

相关研究得到了国家自然科学基金（41872033, 42172032），国家重点研发计划（2023YFF0804000）和中国博士后科学基金（2023M743287，GZB20230679）等项目的资助。（编辑 孙彦钦  审稿 陈华文）

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.08.009