Astronomical calibration of the Jurassic–Cretaceous transition links cooling, calcification events, and Boreal–Tethyan carbon-cycle decoupling

深时（Deep time）是一个广袤且往往模糊的景观。地质学家早已知晓，地球的历史书写在岩层之中，每一层都代表着一段时光的切片。为了准确解读这段历史，科学家需要一个精确的日历，一个能够告诉他们特定岩层确切沉积时间的日历。对于最近几百万年的时间，这个日历是建立在地球轴线的可预测摆动及其绕日运行的基础之上的，这些运动在沉积物中留下了节奏性的模式。然而，当我们向更遥远的过去回溯，进入恐龙时代时，这个日历变得难以解读。侏罗纪与白垩纪之间的过渡期（大约在1 亿 4 5 亿年前）是地球历史上最令人困惑的篇章之一。这是一个气候、海洋化学和生命发生重大转变的时期，但由于缺乏可靠的时间线，科学家们一直难以理解这些事件是如何相互关联的，或者它们发生的快慢如何。全球降温是一个缓慢的漂移过程，还是一个突然的骤降？海洋的变化是在气候变化之前还是之后发生的？由于缺乏清晰的序列，这个故事仍然是碎片化的。

为了解开这个谜团，研究小组将注意力转向了沙特阿拉伯中部的一段特定岩石。他们钻取了一个深层岩芯，提取出一段连续的古代石灰岩柱，这段岩石是在恐龙时代的浅海海底形成的。这段被称为苏莱伊组（Sulaiy Formation）的岩石记录非常完整，保存了从晚侏罗纪到早白垩纪一段漫长且不间断的序列。科学家们意识到，这段岩石蕴含着一个隐藏的时钟。正如树木年轮记录季节一样，这片古老海床的层理记录了地球轨道的律动脉冲。通过计算这些轨道周期，他们可以构建一个高分辨率的时间线，从而最终实现对岩石进行精确定年，并观察塑造我们星球的事件顺序。

研究人员首先检查了困在岩石中的微观化石。这些是被称为钙质微体化石（calcareous nannofossils）的微小单细胞生物，它们曾漂浮在古海洋中。随着气候和海洋化学的变化，这些化石的类型也随之改变。研究小组发现了一个清晰的过渡：下层岩石以较旧的、侏罗纪风格的化石为主，而上层岩石则充满了新的、具有厚重装甲的白垩纪类型。这一转变标志着海洋微观生命的重大重组。但为了理解这种变化的发生时机，他们需要的不仅仅是化石。他们测量了岩石的化学指纹，特别是碳和氧同位素的比率。这些比率充当了温度计和全球碳循环的测量计，揭示了海洋何时降温以及大气中的碳平衡如何发生偏移。他们还观察了锶同位素，它讲述了关于大陆风化程度以及多少物质被冲刷入海的故事。

在掌握了这些化学和生物线索后，研究小组转向了岩石本身的律动。他们分析了岩芯的伽马射线信号，这是一种探测沉积物中天然放射性的测量方法。该信号揭示了一种厚层与薄层交替的重复模式，就像一份乐谱。研究人员识别出一种每隔几米岩石就重复一次的主导律动。通过将这种律动与已知的地球轨道周期进行对比，他们意识到自己找到了 40.5 万年的轨道偏心率周期。这是地球轨道形状的一种长期摆动，是一个持续运行了数亿年的稳定节拍器。通过计算从岩芯底部到顶部的这些 40.5 万年周期，团队得以构建出一个精确的时间线。他们发现，这段岩石序列跨越了大约 1200 万年，涵盖了侏罗纪末期和白垩纪初期。

这一新时间线使他们能够确定两个地质时期边界的确切时刻。他们将侏罗纪-白垩纪边界定在约 1.4 亿 3 1 0 万年前。这个日期有助于解决一个长期存在的争论，因为此前的估算值差异显著。更重要的是，该时间线揭示了发生在这个关键间隔期间的事件序列。数据表明，一个显著的降温期（即全球气温下降且极地可能扩张冰盖的时期）发生在约 1.4 亿 6 000 万年至 1 亿 4 000 万年前之间。这一降温阶段与岩石中一个奇特且强大的信号相吻合：地球轴倾（或称黄赤交角）影响的增强。虽然这种倾斜通常对高纬度气候的影响最为显著，但研究人员在沙特阿拉伯的热带岩石中清晰地记录下了它的特征。这表明降温现象如此剧烈，以至于放大了倾斜的影响，将气候信号从两极传导到了赤道。

这项研究还阐明了海洋生物史上两次重大事件——即被称为微体化石钙化事件（nannofossil calcification events）的发生时机。这些时刻是指微小的海洋生物突然开始建造更厚、更重的壳体，导致海洋中碳酸盐岩的产量大幅增加。研究人员发现，这些事件并非同时发生。第一个事件涉及特定的生物群体，发生在降温时期；随后是第二个事件，由另一类具有厚重装甲的化石接管。至关重要的是，时间线显示这些生物爆发式增长与降温气候及碳循环的特定转变同步发生，而非随机或孤立的事件。数据还显示，碳循环在不同地方的表现并不一致。虽然热带海洋表现出稳定且渐进的碳水平下降，但较冷的北半球海洋则经历了更为剧烈的波动。这种“脱节”现象表明，南北半球海洋对同样的全球性变化做出了不同的反应，这可能是由于海洋的连通性以及碳在沉积物中埋藏方式的差异所致。

通过整合化石记录、化学特征和轨道时钟，研究人员创建了一个理解这一关键时代的稳健框架。他们证明了从侏罗纪到白垩纪的过渡并非混乱的事件堆砌，而是一个由地球轨道驱动的、紧密编排的序列。降温的气候、冰盖的扩张、海洋化学的变化以及海洋生物的演化，都发生在一个特定的、定义明确的时间窗口内。这一新的年代学不仅提供了一个日期，它还提供了一个故事。它告诉我们，地球的气候系统对轨道强迫非常敏感，能够将微小的变化放大为重塑海洋及其内部生命的全球性转变。这项工作证实了 40.5 万年周期是阅读“深时”的可靠工具，为理解其他那些难以解读的关键历史时刻提供了清晰的路径。