距今约2.52亿年的二叠纪—三叠纪之交，地球经历了显生宙以来规模最大的生物灭绝事件，超过80%的海洋物种消失，海洋生态系统几乎被彻底摧毁。这场危机的触发机制已被广泛归因于西伯利亚大火成岩省和特提斯域的酸性火山活动等大规模火山喷发——巨量CO2与挥发性物质注入大气圈，引发全球快速增温、海洋酸化与碳循环剧烈扰动；气候升温进一步降低海水溶氧能力并加剧水体分层，削弱大洋环流与深水通气，导致全球广泛海洋缺氧乃至局部硫化环境的形成。
然而，一个长期悬而未决的问题是：不同洋盆因环流强度与连通性差异，对这场全球性灾变的响应程度是否存在显著的空间非均一性？这直接关系到对生物灭绝时空模式与复苏路径的理解。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员张华领衔的国际合作团队在《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）上发表研究成果，利用镁同位素（δ26Mg）这一新兴示踪工具，首次从跨洋盆尺度揭示了二叠纪—三叠纪过渡期不同大洋之间的连通性差异及其对生态系统恢复的影响。
镁（Mg）是海水中含量仅次于钠的主量元素，在现代海洋中的滞留时间长达1300万年。如此巨大的海洋镁储库赋予开阔大洋极强的化学“惯性”——即使在全球性环境扰动背景下，开阔大洋的镁同位素组成也基本保持稳定。相反，已有研究表明，短时间尺度（百万年以内）海水镁同位素的显著变化几乎无一例外地与盆地封闭有关。因此，镁同位素近年来已成为示踪古海洋盆地是否经历短暂封闭的有效指标。
在二叠纪—三叠纪过渡期，全球海洋镁循环处于高度动态之中，受到增强的大陆风化、广泛的白云岩化以及反风化作用等多重过程的共同影响。这些过程均伴随显著的镁同位素分馏，为利用镁同位素示踪古海洋连通性提供了理论基础。
研究团队对全球三大古海洋——古特提斯洋、新特提斯洋和泛大洋——开展了系统的镁同位素分析。采样剖面覆盖了属于新特提斯洋的中东阿曼Saiq剖面和巴基斯坦盐岭Naluch Nala剖面，以及属于泛大洋体系的日本Kamura和Taho剖面（图1）。这些剖面均保存了完整的二叠纪—三叠纪过渡层序，并具有高质量的牙形刺生物地层与碳同位素约束。
分析结果显示，新特提斯洋和泛大洋的海水δ26Mg在二叠纪—三叠纪过渡期保持高度稳定，约为-0.4‰至-0.3‰；而古特提斯洋则记录了超过0.5‰的系统性上升。此前由同一团队发表的研究表明，古特提斯洋显著的镁同位素升高反映了全球变暖背景下白云岩化作用增强——大量轻的24Mg被白云石吸收，残余海水相对富集重的26Mg。
这一鲜明的跨洋盆对比揭示了一个关键事实：在全球同一气候扰动背景下，不同洋盆的地球化学响应截然不同。新特提斯洋与泛大洋之间保持着有效的水体交换，其海水化学组成受泛大洋巨型储库的“缓冲”；而古特提斯洋则处于相对封闭状态，局部的白云岩化信号在有限的水体中被显著放大并清晰地记录在镁同位素组成中。
为进一步量化不同洋盆的缓冲能力差异，研究团队建立了耦合镁循环与水体交换的箱式模型（图2）。模型综合考虑了河流输入、白云岩化、高温和低温蚀变等镁通量，并引入了跨盆地水交换参数。
模拟结果表明，镁在海水中的滞留时间是控制δ26Mg变化幅度的关键参数。在早三叠世海水Mg浓度为10—50 mmol/kg的条件下，其滞留时间约为2~10百万年。当滞留时间较短（约2百万年）时，约三倍程度的水体交换减弱即可解释观测到的同位素偏移；而当滞留时间较长（约5百万年）时，则需要近两个数量级的封闭增强才能产生类似变化。
更重要的是，模型定量评估了不同洋盆的缓冲能力。在古特提斯洋这一相对局限的盆地中，增强的白云岩化作用在约75万年内消耗了约3.15×1018摩尔的Mg，使该盆地Mg储库亏损约20%；而在广阔的泛大洋/新特提斯洋体系中，同样的白云岩化增强仅造成不足5%的Mg储库亏损，δ26Mg变化小于0.1‰。这一计算结果表明，开放大洋的巨型Mg储库具有极强的化学缓冲能力，而封闭盆地则对环境扰动高度敏感。
稳定的海水化学环境对生物的生存与恢复至关重要。古生态学证据显示，新特提斯洋浅水碳酸盐岩台地在灭绝事件后仍维持了良好的充氧条件，发育了以海百合、双壳类、腹足类、腕足类和介形虫为主的多样底栖生物群落。这些群落表明，与泛大洋有效连通的新特提斯洋为幸存生物提供了相对稳定的化学环境。
相比之下，古特提斯洋的封闭环境放大了多种环境压力：增强的白云岩化消耗了碱度，可能加剧局部海洋酸化；受限的环流进一步加剧了缺氧；来自大陆风化的大量营养物在半封闭盆地中积累，促进了富营养化和广泛缺氧。浅水碳酸盐岩中黄铁矿的出现支持了古特提斯洋持续处于次氧化至缺氧状态。
该研究首次从镁同位素角度提供了跨洋盆尺度的海洋分异证据，揭示二叠纪—三叠纪过渡期的海洋系统在空间上并非均一响应，而是呈现显著的结构性分异。这一发现不仅深化了对全球最大生物灭绝事件后海洋恢复机制的理解，也为古海洋环流重建提供了新的同位素示踪工具。
论文第一作者是来自同济大学副教授胡忠亚，通讯作者为南京古生物所研究员张华，研究团队还包括来自南京大学、同济大学、成都理工大学、以及英国、瑞典和日本的学者。该研究工作得到了国家自然科学基金委员会和国家留学基金委员会等的资助。
论文相关信息：Zhongya Hu, Weiqiang Li, Robert J. Newton, Sylvain Richoz, Yasufumi Iryu, Satoshi Takahashi, Takumi Maekawa, Zhiguang Xia, Shouye Yang, Shu-Zhong Shen, Hua Zhang*. 2026. Magnesium isotopes constrain connectivity and environmental resilience among ocean basins during the Early Triassic. Earth and Planetary Science Letters 690: 120191. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120191.
图1. Paleo-Tethys、Neo-Tethys 与 Panthalassa 三个大洋区域典型白云岩剖面的 δ26Mg 变化的对比
图2. (A–C) 二叠–三叠过渡期的地球化学变化，数据来源于文献；(D) 基于白云岩记录重建的海水 δ26Mg，本研究；(E–G) 元素及同位素质量平衡模型检验泛大洋与古特提斯洋之间镁元素与同位素对大洋灾变的缓冲能力
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