科學通報 | 楊石嶺：熱室地球深部碳循環(huán)與環(huán)境演變

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

白堊紀-古近紀（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–古近紀熱室地球的形成機制、氣候特征、生態(tài)響應以及終結過程，不僅有助于深刻理解地球系統(tǒng)的運行規(guī)律，也為科學評估全球增溫后果、制定應對策略提供關鍵理論支撐。

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，梳理了相關研究成果，探討了熱室地球的形成和終結與大陸弧巖漿作用的關聯(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化及有機碳埋藏的碳消耗之間的消長。白堊紀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–古近紀熱室氣候形成的主控因素，尤其是富碳沉積物俯沖引發(fā)的強烈?guī)r漿活動和大量碳釋放值得密切關注[5]。大陸弧巖漿活動的不同階段對碳循環(huán)貢獻迥異：早期巖漿活動頻繁，為碳源；晚期大陸弧巖漿活動減弱，剝蝕風化增強，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折的大陸風化與生態(tài)響應研究顯示，高溫多雨促進大陸風化增強和喜暖植被擴張，進而吸收了大氣過量的CO2，進一步支持硅酸鹽風化和有機碳埋藏是熱室地球終結的關鍵機制。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與碳的釋放和消耗密切相關，但相關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域的學術研討與合作交流，為應對未來全球變暖提供科學支撐。

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

• 進展|亞洲始新世大陸風化程度變化歷史

吳峰, 王靜雯, 王亞蘇

本文整合了亞洲始新世長尺度大陸風化程度變化歷史記錄, 并探討了溫度與降雨對亞洲大陸風化程度的控制作用. 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–古近紀熱室地球

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

白堊紀–古近紀是以高溫、高CO2濃度為主要特征的熱室期. 本文梳理了相關研究進展, 獲得以下認識: 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; 熱室氣候促進了喜熱植物的擴散和物種分化.

• 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, 紀偉強, 周超, 邱啟佳, 司潤港, 王子銘, 楊石嶺

俯沖帶深部碳循環(huán)是當前地球系統(tǒng)科學領域的前沿和熱點課題. 本文回顧總結了國內外沉積物俯沖與深部碳循環(huán)方面的研究現(xiàn)狀, 結合板塊重構模型, 提出新特提斯洋低緯度俯沖可能導致了白堊紀-古近紀熱室.

• 評述|始新世-漸新世氣候轉折期(EOT)全球氣候與植被變化研究進展

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

始新世-漸新世氣候轉折期(EOT)標志著地球“溫室”轉向“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)同演化的研究進展, 總結了EOT研究現(xiàn)存問題, 并使用數(shù)值模擬進行初步解決, 為陸地生態(tài)系統(tǒng)應對未來氣候變化提供理論參考.

• 論文|南雄盆地古近紀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早期湖泊年紋層沉積的多指標測試, 并結合頻譜分析, 發(fā)現(xiàn)太陽活動調控著研究區(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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