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近日，国际顶级地学期刊《Geology》在线刊发南京大学胡修棉教授团队原创研究成果。研究综合沉积学、地球化学与数值模拟多手段，首次阐明巨型湖泊大量释放一氧化二氮（N2O，俗称笑气）维系全球极端高温的新机制，补齐了深时极端古气候演化研究领域的关键短板。
距今约1.83亿年的早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件（T-OAE），是显生宙标志性极端极热事件，其典型特征为轻碳快速释放入海-气系统、全球碳同位素显著负偏（NCIE），同步伴随全球性升温与大面积海洋缺氧。学界传统观点认为，极热期强化的硅酸盐风化、海洋有机碳埋藏可消耗大气CO2，驱动气候降温。但地质记录显示，即便发生大规模有机碳埋藏、硅酸盐风化持续增强，全球高温状态仍延续，这一矛盾长期困扰学界，被称作 “极热气候维持之谜”。
图1 早侏罗世托阿尔期四川盆地古地理及LA钻井综合地层特征
针对此问题，团队另辟蹊径，关注湖泊对气候变化的反馈作用。早侏罗世四川盆地发育巨型陆相湖泊，水域面积超23万平方公里，约相当于现今全球湖泊总面积的十分之一。通过对四川盆地大安寨段钻孔岩芯样品的系统研究，研究团队发现，在T-OAE碳同位素偏移（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。最关键的是，这段地层中记录到显著的氮同位素（δ¹⁵Nbulk）正偏（最高达6.2‰，图2），这被解释为缺氧环境下湖泊水柱中的反硝化作用（脱氮作用）显著增强。
图2 托阿尔期极热事件时期地球化学、古生物学与古温度综合对比
为进一步探索T-OAE时期反硝化作用增强与全球持续高温的内在关联，研究团队从微量元素循环切入，揭示了核心控制机制。正常反硝化过程中，微生物需以铜（Cu）为催化剂，才能将温室气体一氧化二氮（N2O）彻底还原为不具有温室效应的氮气（N₂）。然而，托阿尔极热期四川巨型湖泊底层水体缺氧增强、湖底有机质大量累积：溶解态生物可利用铜会与硫化物、有机质结合并固定于沉积物中，持续消耗水体铜库，形成强烈 “铜限制（Cu limitation）”（图2）。水体铜匮乏直接中断反硝化末端还原反应，N2O无法进一步转化为N₂，大量一氧化二氮从湖泊释入大气，增强温室效应，维持全球高温。
基于上述关键地质证据，团队构建了氮循环质量平衡模型。数值模型计算显示，托阿尔期四川巨型湖泊向大气释放N2O总量约9~18亿吨；一氧化二氮百年尺度全球变暖潜能为CO₂的265–298倍，该部分一氧化二氮产生的增温效应，足以抵消湖泊在T-OAE时期238–536 Gt 有机碳埋藏所带来的降温效应。
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
本研究从“微量元素限制-湖泊氮循环”视角，揭示了巨型湖泊在深时极热事件中扮演维持高温的正反馈角色，破解了困扰学术界的“极热气候维持之谜”。 研究同时警示，全球升温、水体富营养化与湖泊缺氧叠加会放大现代湖泊温室气体释放的增温效应，为研判湖泊系统的现代气候反馈风险提供理论支撑。
论文第一作者为成都理工大学葛毓柱研究员，共同通讯作者为中科院南京地质古生物研究所韩中副研究员、南京大学胡修棉教授。合作者来自中国地质大学（武汉）、成都理工大学、中国石化西南油气分公司、美国康奈尔大学、英国牛津大学、美国蒙特克莱尔州立大学、波士顿学院。研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导专项、国家科技重大专项及国际地球科学计划IGCP 739联合资助。
论文信息：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
【名词释义】反硝化（脱氮作用）：厌氧/缺氧环境下，反硝化微生物将硝酸盐、亚硝酸盐逐级还原，生成一氧化氮、一氧化二氮与氮气并释放至大气，完成氮素由化合态向气态单质转化的生物地球化学过程。
图文：韩中 胡修棉
审核：曾罡
