科學(xué)通報 | 楊石嶺：熱室地球深部碳循環(huán)與環(huán)境演變

楊石嶺中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員，中國第四紀(jì)科學(xué)研究會副理事長兼秘書長，國際過去全球變化計劃（PAGES）科學(xué)指導(dǎo)委員會委員、執(zhí)委會委員，主要從事古環(huán)境研究。

白堊紀(jì)-古近紀(jì)（128~39.4 Ma）是距今最近的熱室時期，以高溫、高大氣CO2濃度為主要特征。該時期熱帶和亞熱帶擴(kuò)張，高低緯溫度梯度顯著低于現(xiàn)代，表生碳庫抗擾動能力減弱。研究白堊紀(jì)–古近紀(jì)熱室地球的形成機(jī)制、氣候特征、生態(tài)響應(yīng)以及終結(jié)過程，不僅有助于深刻理解地球系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，也為科學(xué)評估全球增溫后果、制定應(yīng)對策略提供關(guān)鍵理論支撐。

本期“熱室地球”專題的5篇文章聚焦“深部碳循環(huán)與環(huán)境演變”主題，梳理了相關(guān)研究成果，探討了熱室地球的形成和終結(jié)與大陸弧巖漿作用的關(guān)聯(lián)以及熱室環(huán)境演變。熱室地球的大氣CO2濃度主要取決于深部過程的碳釋放與硅酸鹽風(fēng)化及有機(jī)碳埋藏的碳消耗之間的消長。白堊紀(jì)熱室期大陸弧主要分布于環(huán)太平洋和特提斯俯沖帶，總長度是現(xiàn)今的兩倍以上；至古近紀(jì)熱室期，雖然全球大陸弧長度變短且太平洋俯沖帶大陸弧巖漿活動減弱，但特提斯俯沖/造山帶巖漿活動增強(qiáng)并釋放大量二氧化碳。因此，大陸弧巖漿活動很可能是白堊紀(jì)–古近紀(jì)熱室氣候形成的主控因素，尤其是富碳沉積物俯沖引發(fā)的強(qiáng)烈?guī)r漿活動和大量碳釋放值得密切關(guān)注[5]。大陸弧巖漿活動的不同階段對碳循環(huán)貢獻(xiàn)迥異：早期巖漿活動頻繁，為碳源；晚期大陸弧巖漿活動減弱，剝蝕風(fēng)化增強(qiáng)，為碳匯。

熱室期高分辨率氣候變化研究是打通古今的有效途徑，南雄盆地古近紀(jì)湖泊紋層沉積的發(fā)現(xiàn)為開展深時高分辨率氣候變化研究提供了寶貴材料。熱室向溫室以及冰室轉(zhuǎn)折的大陸風(fēng)化與生態(tài)響應(yīng)研究顯示，高溫多雨促進(jìn)大陸風(fēng)化增強(qiáng)和喜暖植被擴(kuò)張，進(jìn)而吸收了大氣過量的CO2，進(jìn)一步支持硅酸鹽風(fēng)化和有機(jī)碳埋藏是熱室地球終結(jié)的關(guān)鍵機(jī)制。這些研究多角度展示了作者對熱室地球深部碳循環(huán)與環(huán)境演變的思考。

雖然熱室地球的形成和終結(jié)與碳的釋放和消耗密切相關(guān)，但相關(guān)過程的碳釋放和消耗通量、環(huán)境要素定量重建、氣候敏感度、劇烈增溫對全球降水格局和生態(tài)演變的影響尚不明確，亟待從地球系統(tǒng)角度入手開展多學(xué)科交叉研究[4]。希望本專題能起到拋磚引玉的作用，推動熱室地球研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討與合作交流，為應(yīng)對未來全球變暖提供科學(xué)支撐。

專題文章信息

• 編者按|熱室地球深部碳循環(huán)與環(huán)境演變

楊石嶺

• 進(jìn)展|亞洲始新世大陸風(fēng)化程度變化歷史

吳峰, 王靜雯, 王亞蘇

本文整合了亞洲始新世長尺度大陸風(fēng)化程度變化歷史記錄, 并探討了溫度與降雨對亞洲大陸風(fēng)化程度的控制作用. 研究發(fā)現(xiàn), 始新世早期高溫、較高濕度使得大陸風(fēng)化程度高, 而始新世中晚期溫度降低與降雨減弱使得大陸風(fēng)化程度降低, 其中降雨減少造成的影響更加顯著.

• 評述|白堊紀(jì)–古近紀(jì)熱室地球

楊石嶺, 陳林, 紀(jì)偉強(qiáng), 蘇濤, 姜仕軍, 陳祚伶, 黃曉芳, 郭利成, 王永達(dá), 姜禾禾, 席黨鵬, 唐自華, 張師豪, 孫敏敏, 吳福元

白堊紀(jì)–古近紀(jì)是以高溫、高CO2濃度為主要特征的熱室期. 本文梳理了相關(guān)研究進(jìn)展, 獲得以下認(rèn)識: 大陸弧巖漿活動很可能是該時期熱室地球形成的主控因素; 熱室期發(fā)生多次由碳庫擾動引發(fā)的極熱事件; 熱室氣候促進(jìn)了喜熱植物的擴(kuò)散和物種分化.

• 評述|低緯度沉積物俯沖與深部碳循環(huán)

陳林, 姜禾禾, 王佳敏, 張少華, 王建剛, 紀(jì)偉強(qiáng), 周超, 邱啟佳, 司潤港, 王子銘, 楊石嶺

俯沖帶深部碳循環(huán)是當(dāng)前地球系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)課題. 本文回顧總結(jié)了國內(nèi)外沉積物俯沖與深部碳循環(huán)方面的研究現(xiàn)狀, 結(jié)合板塊重構(gòu)模型, 提出新特提斯洋低緯度俯沖可能導(dǎo)致了白堊紀(jì)-古近紀(jì)熱室.

• 評述|始新世-漸新世氣候轉(zhuǎn)折期(EOT)全球氣候與植被變化研究進(jìn)展

王楠, 吳夢曉, 唐赫, Paul J. Valdes, Farnsworth Alex, 蘇濤, 周浙昆, 李樹峰

始新世-漸新世氣候轉(zhuǎn)折期(EOT)標(biāo)志著地球“溫室”轉(zhuǎn)向“冷室”, 伴隨CO2濃度下降、南極冰蓋形成及全球顯著降溫干旱. 本文綜述了EOT氣候與植被協(xié)同演化的研究進(jìn)展, 總結(jié)了EOT研究現(xiàn)存問題, 并使用數(shù)值模擬進(jìn)行初步解決, 為陸地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對未來氣候變化提供理論參考.

• 論文|南雄盆地古近紀(jì)早期湖泊年紋層記錄的太陽活動

黃惠欣, 馬明明, 李光普, 李鑫隆, 王倩, 劉秀銘

本文通過對南雄盆地古近紀(jì)早期湖泊年紋層沉積的多指標(biāo)測試, 并結(jié)合頻譜分析, 發(fā)現(xiàn)太陽活動調(diào)控著研究區(qū)十年尺度上的氣候變化, 在太陽活動高年, 研究區(qū)降水增多, 在太陽活動低年, 研究區(qū)降水減少. 本研究提供了深時溫室氣候期高分辨的古氣候記錄.

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