大陸硅酸鹽風(fēng)化作為“地質(zhì)空調(diào)”，在地質(zhì)時間尺度上調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)和氣候變化，為地球維持宜居性提供了重要的負(fù)反饋機(jī)制。硅酸鹽風(fēng)化通過消耗溫室氣體改變大氣成分，向海洋輸送陸源營養(yǎng)物質(zhì)，改變海水化學(xué)組成，并刺激海洋初級生產(chǎn)力，是關(guān)聯(lián)表生地球各圈層的關(guān)鍵切入點。因此，在針對地史關(guān)鍵氣候轉(zhuǎn)折期的研究中，硅酸鹽風(fēng)化過程一直學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點。

　　晚古生代大冰期啟動于泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)之交，于二疊紀(jì)早期主幕結(jié)束，是地球自陸地出現(xiàn)維管類高等植物和復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)以來，唯一記錄全球從“冰室”向“溫室”氣候轉(zhuǎn)變的地質(zhì)時期。大量研究表明，泛大陸低緯度地區(qū)的海西造山運動和陸地植物演化與擴(kuò)張，均可通過提高大陸硅酸鹽風(fēng)化速率，使大氣CO2濃度降低，從而驅(qū)動和調(diào)節(jié)晚古生代大冰期演化。闡明上述兩大驅(qū)動因素如何影響大陸硅酸鹽風(fēng)化作用，有助于學(xué)界理解晚古生代大冰期的古氣候動力學(xué)。

　　近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究團(tuán)隊，對華南貴州羅甸盆地下石炭系至下二疊系的深水碳酸鹽巖沉積建造中薄層鈣質(zhì)泥巖夾層，開展了高時間分辨率的主微量元素和黏土礦物組分研究，獲得了第一條晚古生代大冰期長時間尺度的化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）曲線。同時，研究團(tuán)隊結(jié)合該時段的鍶-鋰同位素、大氣CO2濃度、中-高緯度地區(qū)冰川沉積記錄以及火山活動、植被演化等地質(zhì)事件，綜合探討了該時段全球大陸風(fēng)化主要影響因素及其風(fēng)化作用機(jī)制的演化過程。

　　研究發(fā)現(xiàn)，貴州納慶剖面的CIA記錄顯示清晰的區(qū)域風(fēng)化強(qiáng)度的四個階段演化過程。其中，在晚石炭世–早二疊世時，其與大氣CO2濃度變化基本耦合，表明了華南區(qū)域大陸風(fēng)化強(qiáng)度主要受溫室氣體（氣候）的控制。然而，在早石炭世晚期–晚石炭世早期，在大氣CO2濃度下降、大陸冰川體積擴(kuò)張及氣候變冷背景下，華南大陸風(fēng)化強(qiáng)度呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢，這表明另有其他強(qiáng)迫因素。科研人員基于相關(guān)數(shù)據(jù)分析，排除了物源、沉積物粒度及成巖作用等區(qū)域因素影響，并綜合對比了同時期的地質(zhì)記錄，表明古熱帶雨林?jǐn)U張是其最合理的驅(qū)動來源。

　　進(jìn)一步，科研人員梳理了此前報道的牙形刺鍶同位素比值（87Sr/86Sr）與碳酸鹽巖全巖及腕足殼體鋰同位素（δ7Li）數(shù)據(jù)。綜合對比分析發(fā)現(xiàn)，海西造山帶的隆升對全球大陸風(fēng)化速率起主要控制作用，且熱帶雨林植物在其快速擴(kuò)張階段對全球大陸風(fēng)化速率提高作出了顯著貢獻(xiàn)。而早二疊世后期，盡管火山排氣增強(qiáng)使大氣CO2濃度上升，強(qiáng)迫同時期華南區(qū)域風(fēng)化增加，但更廣泛區(qū)域的氣候干旱化加劇與海西造山帶垮塌共同促使大陸硅酸鹽風(fēng)化速率下降。

　　這一研究通過對比晚古生代大冰期區(qū)域風(fēng)化記錄與全球硅酸鹽風(fēng)化速率變化過程，明確了這一時期大陸風(fēng)化增強(qiáng)，主要受海西造山帶隆升作用驅(qū)動，而熱帶森林植物對大陸風(fēng)化的提升，主要呈現(xiàn)在其快速擴(kuò)張階段。這一認(rèn)識對晚古生代大冰期冰川演化模擬中，協(xié)調(diào)海西造山帶隆升與陸地植物演化擴(kuò)張過程對大陸風(fēng)化作用的影響具有重要意義，從而有助于學(xué)界更好地理解冰室地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)與反饋機(jī)制，為模擬當(dāng)前全球長時間尺度的氣候變化提供參照。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會的支持。

早石炭世晚期–早二疊世大陸風(fēng)化、氣候、陸地?zé)釒峙c火山事件等記錄對比圖

晚古生代大冰期大陸風(fēng)化演化模式圖