GRL: 化石磁小體可作為古環境代用指標——來自伊比利亞西南邊緣海...

2020-12-06 中科院地質地球所

何況等-GRL: 化石磁小體可作為古環境代用指標——來自伊比利亞西南邊緣海沉積物的新證據

化石磁小體是由趨磁細菌產生的保存在沉積物中的納米級磁性礦物，通常為磁鐵礦或膠黃鐵礦。常見的化石磁小體的形狀有立方八面體狀、稜柱狀和子彈頭狀，是趨磁細菌基因嚴格控制的產物。由於趨磁細菌生理活動和細菌類型對包括氧氣濃度等多個環境因子都較為敏感，因此，化石磁小體有潛力作為古環境重建的代用指標。化石磁小體屬於單磁疇、強磁性顆粒，亦是沉積剩磁的良好載體。

前人在西南太平洋、北太平洋、赤道太平洋和南大洋第四紀沉積物中發現勻稱狀化石磁小體在有機質含量較低的暖期佔主導，而拉長狀化石磁小體大量出現在有機質含量較高的冷期。然而，也有學者在西南太平洋第四紀有機質含量較低的暖期沉積物中發現更高比例的拉長狀化石磁小體。關於化石磁小體的形態所蘊含的古環境意義目前尚存在較多爭議，其中原因包括缺乏針對化石磁小體的研究實例和高質量觀測數據。

最近，中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士後何況與合作導師潘永信研究員對伊比利亞西南邊緣海MD01-2444鑽孔（巖芯長27 m，時間跨度為194 ka）代表性沉積物樣品進行了系統的巖石磁學、生物磁學及電子顯微學研究。結合前人對該鑽孔沉積物的不同氣候代用指標（如浮遊有孔蟲δ18O、生物標誌化合物、沉積物色度、Ca/Ti等）研究成果，討論了沉積物中化石磁小體形狀及含量變化與古環境變化之間的關係，獲得如下主要認識：

（1）在193.8-171.7 ka 和49.6-18.5 ka期間，暖期沉積物中化石磁小體的含量增加，冷期時化石磁小體的含量降低（圖1） 。

（2）通過對樣品中化石磁小體的透射電子顯微鏡觀測發現，在暖期（對應底層水氧氣濃度較低）沉積物中，子彈頭狀化石磁小體的比例增加，勻稱狀化石磁小體的比例減小；在冷期（對應底層水氧氣濃度較高）沉積物中，勻稱狀化石磁小體的比例增大，子彈頭狀化石磁小體的比例減小（圖2，圖3a、圖3b）。

（3）巖石磁學結果證實在暖期的沉積物中，高矯頑力的化石磁小體（拉長狀）的比例增加；而在冷期沉積物中，低矯頑力的化石磁小體（勻稱狀）的相對含量增加（圖3c-3e）。

圖1 （a-d）不同巖石磁學指標（Mrs/Ms、χARM/SIRM、BS+BH、δFC/δZFC）分別與對應樣品浮遊有孔蟲δ18O值的散點圖；（e-f）化石磁小體的近似通量與浮遊有孔蟲δ18O值的散點圖。橘黃點表示根據浮遊有孔蟲δ18O原始數據線性內插獲得的數據，藍點為浮遊有孔蟲δ18O原始數據，虛線為線性擬合趨勢線

圖2 （a-d）化石磁小體的透射電子顯微鏡照片；(e) d圖中化石磁小體標記黑點處的選區電子衍射花樣；（f）d圖中化石磁小體標記黑點處的X射線能譜分析；（g-l）代表樣品18-52（冷期）、18-142（暖期）中子彈頭狀、稜柱狀、勻稱狀化石磁小體的尺寸分布圖

圖3 （a-b）193.8-171.7 ka期間不同形態的化石磁小體的比例與古環境代用指標（Uk』37-SST、C26OH/(C26OH+C29)）的關係圖；（c-e）反映勻稱狀和拉長狀化石磁小體相對比例的巖石磁學指標（BS/(BS+BH)、BH/(BS+BH)）與古環境代用指標（Uk』37-SST、C26OH/(C26OH+C29)、C37:4 alkenone）的關係圖；（f）反映更多粗顆粒碎屑磁鐵礦的指標D與古環境代用指標C37:4 alkenone的關係圖

本研究挖掘了伊比利亞西南邊緣海沉積物中化石磁小體蘊含的古環境指示意義，為其未來作為古環境代用指標提供新證據。

研究成果發表於國際權威學術期刊Geophysical Research Letters。（He K, Pan Y. Magnetofossil abundance and diversity as paleoenvironmental proxies: A case study from Southwest Iberian margin sediments[J]. Geophysical Research Letters, 47: e2020GL087165. DOI: 10.1029/2020GL087165）

美編：徐海潮

校對：張 崧

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