在新生代温暖时期增强海洋氧合

2025-06-23 22:35来源:本站

  新的FB-Δ15N分析分别是从大西洋(DSDP站点516)和太平洋(ODP位点872)的两个少量营养亚热带Gyres的两个沉积物核上进行的。DSDP位点516(孔Z和F)(30°17'S,35°17′W)在西南大西洋西南部72期间,在1,313 m的水深下在1,313 m的水深下进行钻孔。该地点位于里奥格兰德崛起。ODP位点872(10°05'N,162°51'E,1095 m的水深)是从海洋钻探计划(ODP)腿144的东部赤道太平洋岛上马歇尔群岛周围的海上坐骑(Ref。51)的。未固结的沉积物由丰富的保存完好的浮游有孔虫组成。我们的新数据与先前发布的FB-Δ15N数据编辑了Pacific ODP站点1209和Atlantic ODP站点1263,其中大多数是混合的分类单元。此外,在几个渐新世晚期和中期年龄的样本中进行了混合TAXA FB-δ15N测量,从Pacific ODP站点1211(32°0'N,157°51'E,2,907 m的水上)进行了测量,这是密切与现场1209(扩展数据图1)相关的。过去的位置是根据参考文献计算的。52,或 - 如果可用的话,则估计ODP报告中53,54,如图1所示(使用海洋数据查看软件55和参考文献55的数据生成的地图)。

  所有核心地点上方的地表水是完全硝酸盐消耗的环境,因此应记录从甲苯二酚到表面提供的硝酸盐的Δ15N。地点872和1209位于与赤道太平洋上升流相关的含硝酸盐的地表水边缘。相对于该区域的地下硝酸盐供应的Δ15N,这可能会改变FB-Δ15N,很可能会增加FB-Δ15N(参考文献56)。结果,过去有时赤道上升流的任何减少可能会适度降低位点872的FB-Δ15N。

  我们还报告了来自DSDP站点516和588(26°07'S,161°14'E,1,548 m水深)的新型甘油二烷基甘油四核酸(GDGTS)测量值(46°52's,7°25'e,2,543 m的水深),730(17°44′N,57°42'e,1,071 m的水深度),754(30°56′S,30°56′,93°34'e,1,247 m Water Depth),1144°6,纽约(19°纽约)(19°纽约)2,091 m的水深)和1263(28°32'S,2°46'e,2,717 m的水深)。这些新的测量结果使我们能够独家基于Tex86古(Tex86 Palaeothermometer21),生成在新生代中低到中间和高纬度的SST演变的连续记录。

  对于DSDP站点516,我们使用了一个基于生物地层的年龄模型为57,58,59,适用于GTS12(参考文献60),Florlindo等人61和年龄领带的Magnetostostratatratatigraphy,基于K -AR Dittatium ditatium ditatium spike62和iridium Spike spike k – k – kike k – k – ppg bargein63。对于ODP站点872,我们使用了基于生物地层数据的年龄模型64,65适用于GTS12 TIMESCALE60。Kast et al.18描述了基于生物地层学的ODP站点1209和1263的年龄模型。我们将这些年龄模型修改为Westerhold等人8,66最近发表的天文调节的年代。ODP站点1211的年龄模型基于生物地层学67。DSDP站点588的年龄模型基于编译的生物地层学,磁层学和同位素地层学(Pagani等人68及其参考文献)。ODP位点667的年龄是通过从生物地层(钙质纳米化石和有孔虫)数据的绝对约束的线性插值来确定的。ODP站点704的年龄是通过插值生物地层学(钙质NannAnnoposs和有孔虫)数据和磁性数据的年龄计算的地层71,72。ODP位点730的年龄是通过生物地层插值(钙质NannAnnoposs和Foraminifer)数据的线性插值确定的。ODP站点754的年龄模型基于生物地层学(钙质纳米化石)74。ODP站点1146的年龄模型基于Nathan和Leckie75报道的生物地层学(有孔虫)。ODP站点的年龄690/689基于参考。41,76。ODP站点1171的年龄基于参考。71。将所有生物地层数据和古磁反转校准为GTS12(参考文献60)(补充数据3和扩展数据图5)。

  从中新世,上新世,上新世和Pleistecencene of Pleistecene of Pleistecene of Pleistecene 516和ODP 516和ODP 516和ODP 516和ODP odp site 872索取了大约600至800个来自Globigerinoides Conglobatus,Trilobatus culobatus,Trilobatus sacculifer,orbulina sacculifer,orbulina culifer,Orbulina gusenther和sphaeroidinella dehiscens。从> 400-μm尺寸的分数中挑选出牙齿牙齿牙齿牙齿甲状腺素和D. tripartita。在位点516的渐新世和始新世部分中,我们测量了牙齿牙齿齿状属,涡轮增压,阿卡里尼菌和subotina的属属的N同位素,以及混合的有孔。FB-Δ15N测量值是在Max Planck化学研究所(MPIC)的Martínez-García实验室进行的。我们使用了Ren等人17最初描述的FB-Δ15N的氧化氧化 - 脱氧剂法,并在协议中进行了较小的调整。第一步,将5-7毫克的有孔虫测试轻轻压碎,转移到一次性,15毫升聚丙烯,圆锥基碱基离心机管中,并进行化学处理以去除外部n污染。将10 mL的Na-聚磷酸溶液(pH 8)添加到样品管中,将其超声处理10 s以去除粘土。在用Milli-Q水(通过填充和倒入)将样品冲洗三次后,将7 ml二硫代 - 固定酸溶液(100 ml Milli-Q,6.2 g柠檬酸钠,2 g碳酸氢钠,5 g钠二硫代钠,400μl4nNaOH)添加到每个样品中。然后将样品管放在80°C的水浴中30分钟。冷却后,所有样品用Milli-Q水冲洗三次。接下来,进行了氧化清洁步骤以去除外部有机物:氢氧化钾溶液(2 g重结晶钾过硫酸钾,2 g NaOH颗粒,100 ml milli-Q水)被添加,并在125°C下添加65分钟。冷却后,将样品用Milli-Q水冲洗四次,并在60°C的烤箱中干燥过夜。下一个, 称重3–5 mg清洁的壳碎片并将其溶解在45μl4n4n盐酸中,以释放有机物进行分析。在CACO3溶解步骤之后,通过添加1 ml碱性钾硫酸钾溶液(0.7 g再结晶钾过硫酸钾,4 mL 6.25N NaOH溶液,96 ml Milli-Q水),将有机N氧化为硝酸盐。通过转化为一氧化氮,然后进行化学发光检测来测量每个样品的硝酸盐浓度78。随后,使用Denitrifier方法将样品溶液中的5 nmol n硝酸盐转化为一氧化二氮,并通过气相色谱 - 异位表比率质谱79,80,81,82测量其Δ15N。与先前的研究相反,19,29,83,84个样品在注射到硝化细菌之前未调整pH。相反,将它们注入未调整为2.75 ml培养基时在pH 6.3处缓冲并包含硝化细菌(有关详细信息,请参见参考文献82,85)。为了量化校正的同位素值的精度和准确性,对于每个30个样本,总共分析了9种不同的内部(MPIC)有孔虫和珊瑚实验室标准标准。分析了以下分析(每项三份):来自分类单元(PO-1)的珊瑚标准,Δ15n为6.​​2±0.3‰,是分类lophelia的珊瑚标准,Δ15N为10.1±0.4‰(参考文献85),参考文献为63–315-mmms的north and-n and-n north attl frational and and-n north-n and-nth-in-intl and 5 n north-n north-n-intl and 5 n north-n-intl at latlation。Δ15N为5.84‰(尚未评估不确定性)。用国际硝酸盐同位素参考IAEA-NO3和USGS-34校准后,氧化空白的校正后,有孔虫标准的长期分析精度为0.23‰(1个标准偏差,n = 22)。每个氧化样品的氧化空白通常低于0.2 nmolN。

  按照Auderset等人提出的协议,在MPIC的Martínez-García实验室中提取5–20 g的每样品中的冷冻干燥的沉积物,并分成两个分数。86。在加速了冻干沉积物样品的溶剂提取后,我们添加了60μl的内标(C46-GDGT,由Patwardhan和Thompson87合成)进行定量。将提取物在离心火箭蒸发剂(Genevac)中干燥,并用己烷的1.4%混合物:异丙醇(Hex:ipa)过滤。使用Hopmans等人88提出的方案以及一些小的修饰,使用高性能液相色谱仪(Agilent,1260 Infinity)分析了GDGTS(Agilent,1260 Infinity)(Agilent,6130)。使用一个维持在30°C的超高液相色谱仪硅柱(Beh Hilic柱,2.1 mm×150 mm,1.7μm;水域)实现正常的分离。1.4%HEX:IPA流动相的流速为0.2 mL min-1,在前25分钟保持恒定,随后在25分钟内梯度为3.5%HEX:IPA,甲型IPA在己烷中为10%IPA。我们使用了对质量m/z的单离子监测,1,302.3,1,300.3,1,298.3,1,296.3,1,292.3,744.0,1,050.0,1,036.0,1,036.0,1,022.0,1,022.0,1,022.0,1,020.0 and 1,018.0。根据分析的样品的浓度,注射体积为5μL或20μL。

  由于随着时间的流逝,浮游有孔虫分类群的出现和灭绝,重要的是要评估灭绝有孔虫的FB-Δ15N与现代分类单群的FB-Δ15N与现代分类单群的关系进行了研究,而N同位素信号的掺入已研究了19,89,90。我们来自DSDP网站516的新数据集表明,抗晶型抗体的FB-Δ15N是现代的光合物,地表居住物种,与灭绝物种的Fb-Δ15N重叠。此外,在渐新世和始新世时期内,来自牙齿齿状叶片,涡轮增压叶片和阿卡里尼纳属的FB-Δ15N与S. dehisciss和混合物种的fb-Δ15n很好地重叠,这表明现代和灭绝的foramininifera物种之间没有明显的Δ15N偏移。在ODP站点872上,O。环球和T. acculifer,两个现代的光合物表面居民,在过去15个MYR中显示出非常相似的值。此外,我们的数据表明,尽管其n含量存在很大(但一致)的差异,但这两个现代物种中的FB-Δ15N与中新世和上新世时代的同时存在的Altispira重叠。牙齿牙齿齿状甲苯甲苯δ15N值反过来与中新世早期的D. tripartita相似。通过这种方式,我们可以结合不同有孔虫物种/属的测量值,以在整个新生代中获得FB-Δ15N的连续记录(扩展数据图1)。图2C中显示的FB-Δ15N大西洋和太平洋堆栈是扩展数据中所示的物种特异性,特异性和混合税值的平均值。

  海底迁移是在新生代长的古生学重建中无处不在的关注点。站点1209在这方面有所考虑,因为它从受odz影响的北太平洋中部迁移到北太平洋亚热带西部之间,早期和中期之间(图1)。几个观察结果表明,EECO处FB-Δ15N的急剧下降不是由于位点迁移。首先,FB-Δ15N下降到EECO也发生在北部和南大西洋,那里的现场迁移不会产生这种影响18(图1)。其次,对于EECO和MMCO,FB-Δ15N的下降幅度相似,认为这两个温暖事件都在起作用。第三,位点1209处的FB-Δ15N显示出与位点迁移所期望的感觉相反的变化:从白垩纪晚期到古代的Δ15N大约增加了6‰δ15N,在40 mA约40 mA(参考文献18)时增加了约3‰。然而,最终,位点1209对东部热带太平洋反硝化的同位素信号的敏感性最终通过其迁移而降低,随着始新世中期和中新世早期之间发生的变化。这是由中新世早期FB-Δ15N在位点1211(位点1209的近距离邻居)与南大西洋站点516的FB-Δ15N的相似性所表明的,这两者在早期中新世的Pacific Site 872的FB-Δ15N都低于FB-Δ15N(扩展数据图1)。这激发了我们从渐新世方向使用872站点的使用。

  对于所提出的纬度SST堆栈,我们总共合并了653个新的Tex86-SST测量值(ODP站点667和730)中间(DSDP站点516和588,ODP站点754、1146和1263)和高度列表(ODP SITE 704)以及36-S的记录,包括46-SSTAST(ODP STICE 704)。53个网站和48个出版物)涵盖过去69 MA(参考文献18,72,91,92,93,94,95,96,97,98,99,99,100,101,102,102,103,104,105,105,106,107,108,109,109,110,111111,112,11112,113,114,115,116,117,119,120,121,122,123,124,125,126,127,128,128,129,131,131,132,133,133,133,134,134,135,136)。数据和参考文献总结在补充数据2中,并在扩展数据2中显示。2和3。我们使用paleolatitude.org52基于年龄调整的古质量对不同的数据集进行了分类。类别如下:高纬度(高于50°N/s),低纬度(0–20°N/s),中纬度(20–40°N/s),过渡(40–50°N/S)和costal uspling区域(扩展数据图3)。不幸的是,低纬度位置很少,并且在整个新生代都没有提供连续的SST记录。中纬度记录更丰富,并显示出SST趋势和绝对值,这些趋势和绝对值与两种记录重叠的间隔中低纬度的趋势非常相似。因此,我们合并了中/低纬度记录,以计算纬度SST梯度。在图2中,我们估计高纬度和低纬度(ΔSSTL-H = sstmid/Low-sthigh)之间的梯度,在应用局部回归(Loess)(loess)的平滑系数和0.2-myr采样步骤(使用Githon代码上使用python code:httpps://github.com.nyn222222),_/stmid-sthigh。在这些计算中,未考虑位于过渡区域(古染色在40°至50°N/s之间)以及对上升敏感的位置(ODP 1085,ODP 1087和ODP 846)的沉积物核心,以最大程度地减少上升强度和前部迁移的局部变化效果。

  为了估算Tex86值的SST,我们使用了Kim等人137(TEXH86)和Tierney and Tingley138(Tex86 Bayspar,带有以下参数:PIROR_MEAN = 28; PIROR_STD; PIROR_STD = 10; tol = 0.15; n_samp = 2,500)。总体而言,在计算纬度温度梯度时获得的趋势对于这两种校准都是相同的,但是在贝斯帕来世的梯度中,变化的幅度稍大(扩展数据图4B)。此外,我们还使用RAW TEX86值估算了纬度梯度,并将其与Δ15N梯度进行了比较(扩展数据图4C)。RAW TEX86梯度与Δ15N梯度之间的良好相关性表明,这是一个与所使用的校准无关的可靠特征。最后,我们将重建的纬度SST梯度与Cramwinckel等人提出的那样比较了Cramwinckel等人在58至30 mA之间的时间间隔,基于底栖底氧同位素的高纬度氧同位素记录的组合,用于高纬度和TEX86重建的低纬度(扩展数据图4C)。两种重建都一致;然而,Cramwinckel等人遵循的方法仅适用于大陆冰对底栖δ18O信号没有实质性贡献的时期,从而限制了其在始新世 - 脱世新世边界之后的应用。

  已经提出了几个指数,以评估在时间10,139,140,​​141期间类吸收GDGT源的潜在变化。我们在补充数据2中报告了这些指数的值。如先前的研究所建议的那样,我们从纬度温度梯度的计算中排除了具有高甲烷指数(高于0.4)和高GDGTR(高于30)的GDGTS数据(355个样品)(扩展数据图3A)。已经提出了分支和异丙traid三乙醚(位)指数来估计土壤来源的GDGT对水生沉积环境的相对贡献,其特征是附近土壤中的大量输入(即costal船舶沉积物和湖泊沉积物)142。在这些环境中,已经提出低于0.4的位值表明陆地GDGT的较小输入,因此,陆地GDGT对估计的上洋温度的影响可忽略不计139。由于土壤GDGTS输入可能会在估计的SST上引入的潜在偏差,因此比特值高于0.4的样品通常不用于古温计算。但是,该指数在开放海洋环境中估计GDGT的陆地投入的适用性受到了质疑,因为(1)可以在现场生产分支的GDGTS143,144,144,145,146,147和(2)Crenarchaeol的降解速率是两个分支机构高于分支机构GDGT的降解率。因此,在某些环境中,尽管BRGDGT的地面输入相对较低,但位指数可能很高(高于0.4)。在这些情况下,已使用> 0.4的样品用于古植物的重建71,117,129。近年来,已经表明,原位生产的BRGDGT倾向于以更高的环状BRGDGT为特征,从而导致#RINGSTETRA索引的高值,并且已经建议#RINGSTETRA值> 0.7表示主要生产了支型GDGTGTSS149。这里报告了一些新样本, 以及我们汇编中包含的先前研究中发表的一些样本,比特值> 0.4。但是,某些位值> 0.4的样品也具有#RINGSTETRA索引> 0.7的值,表明BRGDGT是原位生产的,而不是从地面土壤中运输。在计算纬度SST梯度时,如果#ringstetra为0.4,我们排除了位> 0.4 <0.7 (178 samples) to avoid potential influences of terrestrial GDGTs on the estimated SST (see Extended Data Fig. 3a, Supplementary Data 2 and code at https://github.com/audersea/paper_2022_nature). However, we note that there are no substantial differences in the SST gradient if all the samples with BIT >计算中包括0.4(补充数据2),表明尽管较高的位值,但陆地GDGT对估计的SST的潜在影响可能很小。

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