晚奥陶世生物大灭绝（LOME）是显生宙五大灭绝事件中的第一次，该时期伴随着一系列剧烈的全球环境变化，最显著的是赫南特期（Hirnantian）冰川事件以及与之关联的全球性碳同位素正漂移（HICE）。传统的碳循环模型通常将冰川冷却和HICE归因于高的海洋初级生产力和随之增加的有机碳埋藏，该过程可以有效地从大气-海洋系统中剥离二氧化碳，导致全球变冷，并使得海水中溶解的无机碳¹³C相对富集，从而产生正碳同位素漂移。然而，这一经典模型与日益增多的实际地质记录存在显著矛盾。多项来自不同地区的沉积有机碳数据表明，赫南特冰期时的有机碳埋藏速率非但没有增加，反而可能出现了下降。这一矛盾凸显了我们对晚奥陶世，特别是赫南特期关键阶段，海洋初级生产力演化历史的认知存在巨大空白。厘清古生产力的演变对于破解赫南特期冰川作用、HICE以及LOME的驱动机制至关重要。
为解决这一科学问题，本研究引入了一种新兴的金属稳定同位素指标——镉（Cd）同位素。现代海洋学研究表明，海水中的δ^114/110Cd值对生物生产活动高度敏感。浮游植物在光合作用过程中优先吸收轻的Cd同位素，导致表层海水Cd同位素变重，而深层水则相对富集轻Cd同位素。因此，Cd同位素的分馏程度和空间分布格局可以有效示踪古海洋的营养盐利用程度和初级生产力水平。
本研究对华南地区一套连续完整的海相沉积剖面进行了高分辨率采样，包括凯迪晚期、赫南特期和鲁丹早期，约447-442 Ma。我们获得了该时段内高精度的全岩Cd同位素（δ^114/110Cd）记录，并同步分析了有机碳同位素（δ¹³C_org）以及主微量元素地球化学指标，以综合约束古海洋化学环境并剔除成岩蚀变的影响。
我们的研究获得了以下关键发现：
凯迪晚期：海水δ^114/110Cd值稳定在0.25‰ ± 0.13‰。该值与现代开阔大洋深层水的值（+0.25‰ 至 +0.45‰）非常接近，表明在LOME事件发生前夕，海洋具有接近现代的、相对高效的营养盐利用率和较高的初级生产力水平。
赫南特冰期：海水δ^114/110Cd值显著降低至0.08‰ ± 0.07‰。这一极低的值意味着当时海洋的营养盐利用率极低，揭示了赫南特期冰川鼎盛阶段海洋初级生产力出现了显著下降。这可能是因为大规模的冰盖扩张导致海平面急剧下降，风化速率降低，营养物质供应通量降低，以及初级浮游生物的生长受抑制。
鲁丹早期（冰后消融期）：随着冰川消退，海水δ^114/110Cd值迅速回升至0.48‰ ± 0.16‰，再次恢复到与现代大洋类似的范围，表明海洋生产力系统逐渐从灭绝事件中恢复。
我们提供了直接的地球化学证据，证明赫南特期冰川最盛期并非传统模型认为的高生产力时期，而是存在一个显著的低生产力阶段。这一发现完美地调和了模型与地质记录之间的矛盾：低的初级生产力必然导致有机碳埋藏的减少，这与全球范围内观测到的低有机碳埋藏速率记录相一致。因此，赫南特期冰川作用和HICE的驱动机制必须重新审视，它们不太可能由有机碳埋藏加强所主导，而可能需要寻找其他因素。
更重要的是，本研究为理解LOME的灭绝机制提供了全新视角。海洋初级生产力的崩溃意味着食物网基础的瓦解，必将对整个海洋生态系统造成巨大的食物和能量压力，导致高级消费者大规模死亡。因此，赫南特期的低生产力状态很可能是驱动晚奥陶世生物大灭绝的一个关键环境应激因素。
综上所述，本研究通过应用Cd同位素这一有力的古营养学指标，揭示了晚奥陶世危机期间海洋初级生产力的动态演化过程，为重新解读该时期的碳循环异常和生物灭绝事件提供了证据。我们的工作强调，从初级生产者的视角出发，深入理解古环境突变与生命演化之间的相互作用。
 

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