早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件（T-OAE，距今约1.83亿年）是显生宙一次重大的深时极热事件，以大量的轻碳快速排放到大洋-大气系统和碳同位素负偏（NCIE）为特征，伴随着全球变暖以及大范围的海洋缺氧。传统的观点认为，极热事件期间增强的硅酸盐风化和海洋有机碳的大量埋藏，是消耗大气CO2、促使地球系统恢复“冷却”的两大主要途径。然而，地质记录表明，在T-OAE碳埋藏结束之后，全球高温仍在持续。作为潜能远高于CO2的极其重要的温室气体，陆地湖泊系统释放的甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）在扰动碳循环和加剧气候变暖中扮演着关键角色。但在深时极热事件中，陆相湖泊温室气体N2O的排放通量及其对全球气候的反馈机制缺乏定量约束与深入认知。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员韩中、成都理工大学研究员葛毓柱、南京大学教授胡修棉联合国内外多所科研机构的学者，对早侏罗世四川盆地大安寨段（图1）的湖相沉积记录进行了系统的高精度沉积地球化学分析。该研究结合氮循环质量平衡模型，揭示了极热事件期间陆相巨型淡水湖泊通过释放巨量N2O维持全球高温的气候反馈机制。相关研究成果近期在线发表于国际地学顶级期刊《地质学》（Geology）。
研究团队聚焦于早侏罗世面积广阔的四川巨型湖泊，该湖泊面积超过23万平方公里，约占现代全球湖泊总面积的10%。通过对钻孔岩芯样品的解析，研究发现，在T-OAE NCIE层段，湖相沉积物中的总有机碳（TOC）显著增加，同时伴随底层水体严重缺氧。更为关键的是，地层中记录了显著的氮同位素（δ15Nbulk）正偏，最高达6.2‰（图2），这指示了在缺氧环境下，湖泊水柱中的反硝化作用（脱氮作用）显著增强。
为了解释增强的反硝化作用为何会导致温室气体的释放，研究团队深入剖析了微量元素的作用。在反硝化过程中，将N2O还原为无害的氮气（N2）需要依赖“铜（Cu）”作为催化剂。然而，T-OAE期间四川巨型湖泊水体严重缺氧且富含有机质沉积，促使可供生物利用的溶解态铜与硫化物或有机质发生大量络合，进而被锁死在沉积物中，导致水体中可供细菌使用的铜极度匮乏。这种“铜限制（Cu limitation）”效应阻断了反硝化作用的最后一步，迫使湖泊系统将大量的氮以N2O温室气体的形式排放到大气中。
通过构建氮循环质量平衡同位素模型，研究团队保守估算，仅四川巨型湖泊在T-OAE期间就向大气释放了约0.9至1.8 Gt（十亿吨）的N2O。考虑到N2O的全球变暖潜能是CO2的265至298倍，这部分N2O释放所产生的温室效应，足以抵消该湖泊中巨量（约460 Gt）有机碳埋藏所带来的潜在降温效应。
该研究从“微量元素限制-湖泊氮循环”的独特视角，揭示了陆相巨型湖泊在深时极热事件中扮演的正反馈角色。该成果不仅为解释T-OAE NCIE期间气候为何持续变暖及其后维持高温提供了新的动力学机制，也为理解当今全球变暖、水体富营养化及缺氧背景下，现代湖泊温室气体排放增加的生态环境风险，提供了极为重要的深时地质学启示。
该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家科技重大专项以及国际地球科学计划（IGCP 739）等项目的联合资助。
论文相关信息： Ge, Y., Han, Z.*, Uveges, B.T., Jenkyns, H.C., Kemp, D.B., Cui, Y., Yang, T., Zhang, S., Tian, H., Hu, X.*, 2026. Intensified lacustrine nitrous oxide emissions linked to global climate warming during the Toarcian Oceanic Anoxic Event. Geology, https://doi.org/10.1130/G54763.1.
图1. 早侏罗世四川盆地古地理及LA综合地层特征
图2 . 托阿尔期极热事件时期地球化学、生物学与古温度综合对比。图中揭示了在T-OAE NCIE时期全球变暖与大火成岩省活动的背景下，四川巨型湖泊地层水体缺氧、微量元素铜（Cu）匮乏与氮同位素（δ15Nbulk）显著正偏之间的耦合关系
图3. 极热事件驱动湖泊温室气体（N2O）释放的机制模型与模拟结果。左侧概念模型还原了水体缺氧如何引发“铜限制”效应，进而阻断正常脱氮过程、导致强效温室气体N2O大规模排放的物理化学机制；右侧的氮循环质量平衡模型则从数值上证实了极热事件期间湖泊脱氮通量的显著激增
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