华北克拉通晚古生代阶段性干旱化过程：构造运动与火山活动的耦合作用

推荐：研究人员针对华北克拉通(NCC)晚古生代干旱化模式及驱动机制不清的问题，通过元素气候代用指标(MgO/CaO、Sr/Cu)、火山活动指标(Hg/TOC)及孢粉组合分析，识别出303-251 Ma间四个干旱化阶段，揭示了板块运动与火山活动对气候演变的差异控制，为理解冰室-温室转型期区域与全球气候动力学提供了新见解。

　　

晚古生代见证了地球最近一次冰室向温室气候的转型，这一过程为预测未来气候变化提供了重要参照。然而，作为关键地质单元的华北克拉通(NCC)，其晚古生代干旱化过程长期存在两大谜团：干旱化进程与全球超级大陆(Pangea)是否同步？驱动机制是火山活动还是板块运动主导？这些问题的解答对理解区域与全球气候耦合机制至关重要。

中国地质大学(北京)的研究团队通过山西寿阳钻孔岩芯的高分辨率分析，首次建立了NCC从晚格舍尔期至乐平世(约303-251 Ma)的连续气候记录。研究发现，NCC干旱化呈现明显的四阶段特征：早期(303-295 Ma)低纬度湿润气候以蕨类植物为主；中期(295-286 Ma)伴随潘加尔暗色岩和塔里木大火成岩省(Tarim LIP-II)活动，气候转为半湿润；后期(286-280.98 Ma)快速北漂至亚热带引发半干旱转型；末期(259.51-251.902 Ma)峨眉山大火成岩省(Emeishan LIP)活动导致与Pangea同步的全面干旱。这项突破性成果发表于《Geoscience Frontiers》，揭示了构造-火山耦合作用对气候演变的阶段性控制。

研究采用多指标交叉验证方法：1) 通过X射线荧光光谱和ICP-MS测定主微量元素，计算MgO/CaO和Sr/Cu干旱化指标；2) 利用LECO分析仪测定总有机碳(TOC)，结合Lumex测汞仪获取Hg/TOC火山活动指标；3) 采用MAT253质谱仪分析有机碳同位素(δ¹³C_org)；4) 基于SY/T 5915-2000标准进行孢粉鉴定，通过TILIA软件进行聚类分析。

4.1 主量元素与化学风化

Al₂O₃/TiO₂比值(24.1-40.9)显示物源始终来自长英质岩层。化学蚀变指数(CIA)从Interval I的84.8持续降至Interval IV的71.2，反映干旱化导致硅酸盐风化减弱，可能削弱了全球风化反馈的"恒温器"效应。

4.2 碳循环与火山活动

四个负碳同位素偏移(C-I至C-IV)分别对应Skagerrak-Centered LIP(303 Ma)、Tarim LIP-II(295 Ma)、Tarim LIP-III(286 Ma)和Emeishan LIP(259 Ma)事件。Hg/TOC峰值(最高208 ppb)证实火山排放是CO₂升高的主因，但早期因NCC位于赤道上升流区，火山活动未立即引发干旱。

4.3 植被演替

孢粉定量显示蕨类优势(Interval I占96.2%)向裸子植物主导(Interval IV占96.9%)的转型。Densosporites含量在Interval II突增(19.9%)，Protopinus在Interval III出现，印证气候逐渐变干。

5.1 古纬度控制

古地磁数据揭示NCC以10 cm/yr速率北漂，从290 Ma的12.8°N迁至281 Ma的21.8°N。这种运动使其从Hadley环流上升支(多雨)转入下降支(干旱)，是干旱化的基础背景。

5.2 火山-构造协同

Tarim LIP-III(286 Ma)排放使大气CO₂(ρCO₂)激增，而古亚洲洋(PAO)闭合引发的造山运动(280.98-259.51 Ma)产生雨影效应，二者协同导致Interval IV的极端干旱。

这项研究首次阐明NCC干旱化滞后Pangea约40 Myr的特殊性，提出"气候缓冲带"概念：早期特提斯洋(PTO)和古亚洲洋(PAO)的水汽调节延缓了干旱化进程。该成果不仅完善了东亚晚古生代气候演变框架，更揭示了板块运动与火山活动对气候系统的级联效应，为预测当代全球变暖下的区域气候分异提供了深时类比。