古新世始新世極熱事件中碳循環、氣候變化與風化強耦合

準確而定量地描述碳排放、氣候變化與地質碳匯之間的互饋關系，是地球科學領域的前沿問題，也是制定碳中和戰略目標的關鍵科學基礎。然而，目前關于氣候變化背景下的地球系統碳循環過程與機理的認識仍存在較大的不確定性。例如，未來大氣CO₂濃度的急劇變化是否會影響地質碳匯的潛力？大陸硅酸鹽風化如何響應快速碳排放？?

發生在古新世-始新世界線附近的PETM事件為回答上述問題提供了契機。PETM事件發生在距今5600萬年前，是一次歷時短暫、由巨量CO₂注入海氣系統所引發的快速增溫事件。它的碳排放過程與當今人類燃燒化石燃料向大氣中注入大量CO₂有較大的相似之處，故研究該事件發生時期碳循環與氣候變化之間的互饋關系具有重要的現實意義，可為評估未來氣候變化趨勢和地質碳匯潛力提供科學依據。?

中國科學院地質與地球物理研究所副研究員陳祚伶、研究員丁仲禮、研究員楊石嶺、研究員孫繼敏，聯合中國科學技術大學教授肖益林和博士仝鳳臺，通過湖相沉積物Li同位素分析重建了PETM時期風化剝蝕歷史，并結合古氣候數據探討了PETM時期碳循環、氣候變化與大陸硅酸鹽風化之間的關系。研究表明，PETM時期湖泊自身碳酸鹽和粘土Li同位素均發生了明顯的負漂（圖1）。研究結合古氣候數據和地球化學模擬，得到如下主要認識：（1）PETM時期華中地區大陸硅酸鹽風化強度增加了一倍左右。考慮到該時期大陸風化剝蝕通量顯著增加，該結果暗示PETM時期大陸硅酸鹽化學風化通量至少增加一倍以上，通過風化反饋的方式吸收了大氣中過量的CO₂，維持地球氣候在可宜居的范圍內。（2）基于Li同位素重建的硅酸鹽風化強度與氣候指標是同步變化的（圖2），且碳同位素（輕碳釋放指標）與風化強度之間存在顯著的相關性（圖3），表明PETM時期輕碳釋放、氣候變化和大陸硅酸鹽風化在千年時間尺度上是強耦合的。快速碳排放誘發氣候環境變化，促使硅酸鹽風化快速響應，通過負反饋方式調節氣候。這說明在千年尺度上硅酸鹽化學風化“恒溫器”在調控氣候方面也是行之有效的。?

該研究揭示了大陸硅酸鹽風化對碳排放事件響應是快速的，因而在評估未來氣候變化的影響時應該將硅酸鹽風化作用納入全球尺度的模型中。此外，該成果還為“通過人為干擾的方式增加硅酸鹽風化移除大氣CO₂” 這一提案提供了科學支撐。?

相關研究成果發表在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項、地質地球所重點部署項目和中國科學院青年創新促進會的支持。?