《Global and Planetary Change》：Episodic aridification at the onset of the Carnian Pluvial Episode in Western Tethys
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研究揭示三叠纪CPE期间西秦岭地区CO2脉冲释放（NCIE1α/β）引发快速（<50kyr）气候波动，表现为干旱-湿润交替，导致陆地植物多样性骤降并出现现代型植物特征，矿物地球化学记录显示化学风化增强与沉积模式改变。
格蕾塔·阿尔韦拉（Greta Alverà）|雅科波·达尔·科尔索（Jacopo Dal Corso）|储道亮（Daoliang Chu）|朱塞佩·克鲁西亚尼（Giuseppe Cruciani）|吉多·罗吉（Guido Roghi）|马塞洛·卡贾蒂（Marcello Caggiati）|宋海军（Haijun Song）|宋慧月（Huyue Song）|李天（Li Tian）|杜勇（Yong Du）|塔斯图莱克·哈塞贝克（Tastulek Haserbek）|皮耶罗·贾诺拉（Piero Gianolla）
意大利费拉拉大学物理与地球科学系
摘要
在卡尼安湿润期（Carnian Pluvial Episode，CPE；晚三叠世），大量的二氧化碳（CO2）被释放到碳循环（C-cycle）的外源储存库中，这很可能是由于大型火成岩省（Large Igneous Province，LIP）的火山活动所致。这种持续较长时间的温室气体排放导致了全球变暖，并扰乱了大型季风系统的运行。在许多地质记录中，CPE期间普遍观察到了长期（超过1百万年）向更湿润气候条件的转变。然而，对初始快速二氧化碳脉冲（<10万年）及其对生态系统即时影响的气候变化模式仍知之甚少。本研究通过高分辨率的多指标分析方法，研究了西特提斯海（Western Tethys）海洋地层中CPE开始时的情况，包括孢粉学和矿物学地球化学数据。结果表明，CPE初期二氧化碳向大气-陆地-海洋系统的排放并未导致湿度突然增加，而是引发了一系列相对快速的（可能少于5万年的）气候波动。间歇性的干旱期与湿润期交替出现，这影响了陆地硅酸盐的风化强度以及沉积物向海洋盆地的输送方式。这些突然的气候变化改变了陆地植物的组成，并显著减少了该流域内的植物物种多样性。值得注意的是，在这一阶段出现了具有现代特征的植物类型。CPE初期碳循环受到干扰后，西特提斯海地区的环境仍保持湿润状态，但植物物种多样性并未恢复，表明植被经历了长期的危机。
引言
在晚三叠世的卡尼安时期（Carnian），发生了120万至250万年的多次碳循环扰动，这些扰动导致了广泛的环境变化和生物物种更替（Simms和Ruffell，1989；Dal Corso等人，2020）。这一时期被称为卡尼安湿润期（Carnian Pluvial Episode，CPE），其开始阶段以一次显著的碳同位素负偏移（NCIE1）为标志，这一现象在全球范围内的陆地和海洋生物标志物、有机物质以及海洋碳酸盐中都有记录，具体发生在Trachyceras aonoides与Austrotrachyceras austriacum菊石带之间（例如，Dal Corso等人，2012；Dal Corso等人，2015；Sun等人，2016；图1A）。NCIE1之后，CPE期间又记录了多次碳同位素负偏移（图1A；Sun等人，2016；Miller等人，2017；Dal Corso等人，2018）。这些碳同位素负偏移表明有反复的轻质碳注入海洋-大气系统，导致大气中的二氧化碳浓度（pCO2）短暂上升（Dal Corso等人，2022）。来自锥形牙石的氧同位素数据显示，从NCIE1开始，海水温度上升了4°–7°C（Hornung等人，2007；Trotter等人，2015；Sun等人，2016）。
CPE很可能是由Wrangellia大型火成岩省（W-LIP）的形成及其相关的火山气体排放引起的（Furin等人，2006；Dal Corso等人，2012；Lu等人，2021；Mazaheri-Johari等人，2021；Jin等人，2023；Haserbek等人，2025）。更多的火山二氧化碳进入大气-陆地-海洋系统，使得全球气温升高，进而加剧了水循环并增加了大陆径流。CPE期间确实发现了典型的热带湿润气候下的湿生孢子形态组合和古土壤（Roghi，2004；Roghi等人，2010；Baranyi等人，2019a），同时许多海洋沉积记录也显示了更高的硅质沉积物输入和沉积速率（Dal Corso等人，2024）。晚三叠世早期较低的大气二氧化碳浓度和温度，加上盘古大陆的聚合，可能放大了温室气体排放对大陆径流的影响（Dal Corso等人，2022）。
从CPE开始，陆地上的化学风化作用增强，陆地物质流入海洋盆地的量也增加了（Rostási等人，2011；Nakada等人，2014；Dal Corso等人，2015；Barrenechea等人，2018；Baranyi等人，2019a；Mancuso等人，2020；Zhang等人，2021；Pecorari等人，2023）。然而，初始碳循环扰动（NCIE1）与水循环变化之间的时间关系、气候变化的模式以及生态系统的响应机制尚不完全清楚。本研究在意大利南阿尔卑斯山脉多洛米蒂山脉（Dolomites）的参考卡尼安地层中对CPE的NCIE1阶段进行了高分辨率的地球化学、矿物学和孢粉学分析（图1B）。我们的新数据显示，在西特提斯海地区，NCIE1期间出现的间歇性干旱现象预示着随后更为持续的湿润气候，并与陆地上的重大植物危机有关。
地质背景
晚三叠世期间，意大利南阿尔卑斯山脉的多洛米蒂山脉位于西特提斯海区域，纬度约为15–18°（图1B；Bernardi等人，2018）。该地区的古地理特征是孤立或相连的高海拔碳酸盐平台，以Cassian Dolomite为代表，周围环绕着深邃的盆地，在这些盆地中发生了碳酸盐-硅质沉积作用，形成了San Cassiano地层（Fürsich和Wendt，1977；Gianolla等人，1998a；Keim等人，2006；
材料与方法
采样主要集中在细粒岩石（页岩和泥岩）上，采用高分辨率技术，采样间隔约为50厘米。共分析了110个样本的δ13CTOC、总有机碳（TOC）、矿物组成和地球化学成分。此外，选出了27个样本进行定向切片分析以准确鉴定粘土矿物，并对14个均匀分布在地层中的样本进行了孢粉学分析。
δ13CTOC和TOC
Misurina地层的δ13CTOC值范围为-24.4‰至-21.5‰（图3A和补充材料2）。Misurina的高分辨率记录显示，NCIE1过程分为两个阶段，分别命名为NCIE1α和NCIE1β（图3A）。第一个负δ13CTOC变化（N1α；4–11.9米）约为1.6‰，随后是一个正δ13CTOC反弹（P1α；12.5–15.5米）。第二个负δ13CTOC变化（N1β）发生在16.0米至24.2米之间，之后再次出现正δ13CTOC反弹（P1β）。CPE期间NCIE1阶段的二氧化碳脉冲释放
我们的高分辨率δ13CTOC记录显示，在CPE事件1期间发生了两次主要的变化，分别命名为NCIE1α和NCIE1β（图3A）。排除了成岩作用和有机物来源变化等局部因素对δ13CTOC的显著影响。实验室实验表明，热成熟过程对δ13CTOC的影响可以忽略不计（Galimov，2006），只有在晚期成岩和变质阶段才会观察到显著的变化（通常为1–3‰的碳同位素富集）（Simoneit等人，2004）。
结论
研究表明，在CPE事件1期间，两次快速（<50千年）的二氧化碳释放扰乱了西特提斯海地区的晚三叠世大型季风系统。这种扰动引发了快速（<50千年）的气候波动，导致了陆地植被的严重危机。在整体向更湿润气候过渡的背景下，脉冲式的二氧化碳排放加剧并调节了气候的季节性变化。
作者贡献声明
格蕾塔·阿尔韦拉（Greta Alverà）：负责撰写初稿、数据可视化、方法设计、研究实施和概念构建。雅科波·达尔·科尔索（Jacopo Dal Corso）：负责撰写初稿、数据可视化、监督工作、资金争取和概念构建。储道亮（Daoliang Chu）：负责撰写、审稿与编辑、监督工作、资金争取。朱塞佩·克鲁西亚尼（Giuseppe Cruciani）：负责撰写、审稿与编辑、监督工作、研究实施和资金争取。吉多·罗吉（Guido Roghi）：负责撰写、审稿与编辑、研究实施。马塞洛·卡贾蒂（Marcello Caggiati）：负责撰写、审稿与
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢费拉拉大学的Renzo Tassinari在XRF和ICP-MS分析方面的协助，以及克罗地亚地质调查局地质学部的Viktória Baranyi在孢粉学样本制备方面的帮助。本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：42172031、42472021、42325202，资助对象为JDC、DC和HJS）、意大利大学与研究部（PRIN 2022 “2022A5XC3W”，以及欧盟NextGenEU - M4C2项目（项目编号：F53D23002150006，资助对象为PG和GA）的资助。
