石炭纪初期（~355 Ma）是泥盆纪温室气候向石炭纪冰室气候转换的一个重要时期，发生了一次显生宙最显著的两幕式全球碳循环扰动，即中杜内期碳同位素正漂移TICE事件。针对TICE事件的碳循环过程与机制开展深入研究，可以为探讨地质历史中关键气候转折期的地球表层系统演化提供重要启示。
海洋初级生产力增强一直被认为是触发TICE事件的直接机制。近期发表的、分别基于碳酸盐岩锌同位素（δ66Zn）和钡同位素（δ138Ba）记录的两项研究都证实了海洋初级生产力水平在此期间有显著提高，但当前的生产力重建结果来自不同区域和不同指标，难以直接对比。因此，基于统一生产力指标的跨区域对比研究将不仅有助于我们更准确地刻画相关地球化学指标在深时研究中的有效性，也有助于我们更深刻地理解海洋初级生产力在调控全球碳循环和气候与环境变化中的作用。
浅水碳酸盐岩是记录古海水钡同位素的理想材料。在对地史时期重大事件的研究中，碳酸盐岩钡同位素（δ138Bacarb）常被用于示踪海洋初级生产力提高和浅海缺氧扩张。近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队博士生仲钰天在研究员陈吉涛的指导下，联合团队研究员郄文昆、助理研究员高彪和博士生杨文莉，对华南马栏边剖面下石炭统杜内阶碳酸盐岩地层开展了高分辨率的δ138Bacarb和区域氧化还原指标（铈异常、氮同位素、微量元素）的测试工作，并结合δ138Bacarb跨区域对比以及其他地球化学记录的佐证，厘清了该时期海洋碳-钡循环过程，论证了海洋初级生产力在这一关键气候转换期的重要作用。相关成果发表于国际知名NI期刊《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。
该研究首次报道了华南石炭系钡同位素记录，并在精细的生物地层和化学地层框架下，与北美同时期的δ138Bacarb记录建立了直接对比。相同的δ138Bacarb变化趋势表明该时期显著的海洋钡循环扰动的信号能够记录在不同区域、不同相区的碳酸盐岩中；而海洋钡循环信号在区域δ138Bacarb记录上的差异则可能受到局部生产力水平、氧化还原条件或陆源输入的潜在影响。该研究通过不同区域δ138Bacarb记录的精细对比来重建海洋钡循环过程，进一步验证了碳酸盐岩中保存的钡同位素信号应用于深时地质事件研究中的有效性。
同时，该研究发现海洋初级生产力的变化显著早于TICE碳同位素记录的大幅度波动（即TICE的启动）。生产力的提高增加了海洋有机质的生产和海水溶解氧的消耗，为TICE的启动提供了充要条件。海洋碳-钡循环在TICE第一幕期间受控于极高的初级生产力水平和由生产力诱发的严重的海洋缺氧，而在第二幕期间则由海洋初级生产力主导，仅在局域上受到氧化还原条件的有限影响。海洋初级生产力自泥盆纪-石炭纪界线附近开始提高，至TICE事件结束暂缓，深刻地影响着全球碳循环和气候与环境变化，推动了晚古生代变冷的进程。在地球历史关键气候转折期的研究中，海洋初级生产力的重建始终是前沿研究热点之一，通过研究发现，δ138Bacarb可以作为一个可靠的示踪指标。
此项研究得到国家自然科学基金委重大项目（42293280）资助。
论文相关信息：Zhong, Y.T., Gao, B., Yang, W.L., Qie, W.K., Chen, J.T.*, 2026. Investigating marine barium cycling during the late Paleozoic greenhouse-icehouse transition using carbonate barium isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta, https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.02.007.
华南马栏边剖面综合地层与地球化学记录，包括无机碳和有机碳同位素、钡同位素和钡浓度、铈异常、氮同位素数据
华南与北美生物地层和碳-钡化学地层对比
石炭纪杜内期的海洋初级生产力、氧化还原、大陆风化、古海水温度等地球化学指标综合对比
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