科学通报 | 杨石岭：热室地球深部碳循环与环境演变

杨石岭中国科学院地质与地球物理研究所研究员，中国第四纪科学研究会副理事长兼秘书长，国际过去全球变化计划（PAGES）科学指导委员会委员、执委会委员，主要从事古环境研究。

白垩纪-古近纪（128~39.4 Ma）是距今最近的热室时期，以高温、高大气CO2浓度为主要特征。该时期热带和亚热带扩张，高低纬温度梯度显著低于现代，表生碳库抗扰动能力减弱。研究白垩纪–古近纪热室地球的形成机制、气候特征、生态响应以及终结过程，不仅有助于深刻理解地球系统的运行规律，也为科学评估全球增温后果、制定应对策略提供关键理论支撑。

本期“热室地球”专题的5篇文章聚焦“深部碳循环与环境演变”主题，梳理了相关研究成果，探讨了热室地球的形成和终结与大陆弧岩浆作用的关联以及热室环境演变。热室地球的大气CO2浓度主要取决于深部过程的碳释放与硅酸盐风化及有机碳埋藏的碳消耗之间的消长。白垩纪热室期大陆弧主要分布于环太平洋和特提斯俯冲带，总长度是现今的两倍以上；至古近纪热室期，虽然全球大陆弧长度变短且太平洋俯冲带大陆弧岩浆活动减弱，但特提斯俯冲/造山带岩浆活动增强并释放大量二氧化碳。因此，大陆弧岩浆活动很可能是白垩纪–古近纪热室气候形成的主控因素，尤其是富碳沉积物俯冲引发的强烈岩浆活动和大量碳释放值得密切关注[5]。大陆弧岩浆活动的不同阶段对碳循环贡献迥异：早期岩浆活动频繁，为碳源；晚期大陆弧岩浆活动减弱，剥蚀风化增强，为碳汇。

热室期高分辨率气候变化研究是打通古今的有效途径，南雄盆地古近纪湖泊纹层沉积的发现为开展深时高分辨率气候变化研究提供了宝贵材料。热室向温室以及冰室转折的大陆风化与生态响应研究显示，高温多雨促进大陆风化增强和喜暖植被扩张，进而吸收了大气过量的CO2，进一步支持硅酸盐风化和有机碳埋藏是热室地球终结的关键机制。这些研究多角度展示了作者对热室地球深部碳循环与环境演变的思考。

虽然热室地球的形成和终结与碳的释放和消耗密切相关，但相关过程的碳释放和消耗通量、环境要素定量重建、气候敏感度、剧烈增温对全球降水格局和生态演变的影响尚不明确，亟待从地球系统角度入手开展多学科交叉研究[4]。希望本专题能起到抛砖引玉的作用，推动热室地球研究领域的学术研讨与合作交流，为应对未来全球变暖提供科学支撑。

专题文章信息

• 编者按|热室地球深部碳循环与环境演变

杨石岭

• 进展|亚洲始新世大陆风化程度变化历史

吴峰, 王静雯, 王亚苏

本文整合了亚洲始新世长尺度大陆风化程度变化历史记录, 并探讨了温度与降雨对亚洲大陆风化程度的控制作用. 研究发现, 始新世早期高温、较高湿度使得大陆风化程度高, 而始新世中晚期温度降低与降雨减弱使得大陆风化程度降低, 其中降雨减少造成的影响更加显著.

• 评述|白垩纪–古近纪热室地球

杨石岭, 陈林, 纪伟强, 苏涛, 姜仕军, 陈祚伶, 黄晓芳, 郭利成, 王永达, 姜禾禾, 席党鹏, 唐自华, 张师豪, 孙敏敏, 吴福元

白垩纪–古近纪是以高温、高CO2浓度为主要特征的热室期. 本文梳理了相关研究进展, 获得以下认识: 大陆弧岩浆活动很可能是该时期热室地球形成的主控因素; 热室期发生多次由碳库扰动引发的极热事件; 热室气候促进了喜热植物的扩散和物种分化.

• 评述|低纬度沉积物俯冲与深部碳循环

陈林, 姜禾禾, 王佳敏, 张少华, 王建刚, 纪伟强, 周超, 邱启佳, 司润港, 王子铭, 杨石岭

俯冲带深部碳循环是当前地球系统科学领域的前沿和热点课题. 本文回顾总结了国内外沉积物俯冲与深部碳循环方面的研究现状, 结合板块重构模型, 提出新特提斯洋低纬度俯冲可能导致了白垩纪-古近纪热室.

• 评述|始新世-渐新世气候转折期(EOT)全球气候与植被变化研究进展

王楠, 吴梦晓, 唐赫, Paul J. Valdes, Farnsworth Alex, 苏涛, 周浙昆, 李树峰

始新世-渐新世气候转折期(EOT)标志着地球“温室”转向“冷室”, 伴随CO2浓度下降、南极冰盖形成及全球显著降温干旱. 本文综述了EOT气候与植被协同演化的研究进展, 总结了EOT研究现存问题, 并使用数值模拟进行初步解决, 为陆地生态系统应对未来气候变化提供理论参考.

• 论文|南雄盆地古近纪早期湖泊年纹层记录的太阳活动

黄惠欣, 马明明, 李光普, 李鑫隆, 王倩, 刘秀铭

本文通过对南雄盆地古近纪早期湖泊年纹层沉积的多指标测试, 并结合频谱分析, 发现太阳活动调控着研究区十年尺度上的气候变化, 在太阳活动高年, 研究区降水增多, 在太阳活动低年, 研究区降水减少. 本研究提供了深时温室气候期高分辨的古气候记录.

《科学通报》是 中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊，致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。每10天出版1期；栏目包括进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等。《科学通报》是《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊，同时被EI、ESCI和Scopus等收录，入选中国科学院文献情报中心分区表综合性大类1区TOP期刊；中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。

期刊官网：http://csb.scichina.com

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿