慢侵蚀造山后地形的温度依赖性风化作用及其对地球长期气候稳定的启示

本研究通过南海ODP站点1147/1148沉积物的Rb/Zr比值分析，揭示华南陆缘慢侵蚀造山后地形中硅酸盐风化作用对温度的强依赖性（表观活化能Ea=77.1±14.9 kJ/mol），挑战了传统"供给限制"理论，为构造静止期全球气候稳定性机制提供了新解释。

　　

在地球漫长的地质历史中，气候系统为何能保持相对稳定？这个问题的答案可能隐藏在硅酸盐风化与大气CO₂的负反馈机制中。传统观点认为，只有快速侵蚀的造山带才能通过新鲜基岩的持续暴露实现有效的风化-气候反馈，而慢侵蚀地形因表层风化壳中Ca、Mg阳离子的耗竭被认为对气候变化不敏感。然而这种理论难以解释地球历史上多次构造静止期（如1.8-0.8 Ga）依然维持的气候稳定性。更矛盾的是，快速侵蚀地形可能通过构造活动变化直接驱动气候变化，而非稳定气候。这些科学争议促使研究人员重新审视慢侵蚀地形在气候调节中的作用。

中国的研究团队选择华南大陆作为天然实验室，该区域具有三大特征：印支造山运动后长期处于伸展构造环境，发育大规模花岗岩基岩；侵蚀速率低于0.05 mm/yr且风化壳厚达数十米；珠江流域沉积序列连续保存了约23 Ma以来的风化记录。通过分析南海ODP站点1147/1148的细粒沉积物，研究人员建立了一套创新的Rb/Zr比值示踪体系。

研究采用的关键技术包括：1）基于珠江流域现代沉积物的Rb/Zr-Ti/Al二元混合模型，区分花岗岩与沉积岩风化产物的贡献；2）对ODP钻孔样品进行主微量元素地球化学分析，重建23 Ma以来的风化强度变化；3）结合中国黄土磁化率、热带西太平洋海表温度等多元古气候指标，建立风化-温度响应关系；4）通过阿伦尼乌斯公式计算硅酸盐风化的表观活化能。

Methods
研究团队发现珠江流域花岗岩与沉积岩的Rb/Zr比值存在显著差异（花岗岩0.8±0.3 vs 沉积岩0.3±0.1），据此建立二元混合模型。通过校正陆源碎屑影响，提取出自生粘土组分的Rb/Zr信号，其变化反映花岗岩风化强度(WI_gran)。

Results
ODP沉积物的Rb/Zr比值在23 Ma以来呈现显著波动，与全球深水δ¹⁸O记录的温度变化高度同步（R²=0.76）。计算得到的表观活化能Ea达77.1±14.9 kJ/mol，远超前人关于慢侵蚀地形的估计值（通常<30 kJ/mol）。

Discussion
质量平衡计算表明，当花岗岩风化产物占比(f_gran)从20%增至50%时，对应的WI_gran变化幅度可达2.5倍。这种强温度敏感性可能源于：1）块体运动主导的侵蚀方式使深层弱风化物质持续暴露；2）花岗岩中易风化矿物（如斜长石）的动力学控制溶解。

Uncertainties and Caveats
研究存在两个关键假设：风化产物转化系数(k_gran/k_sed)的恒定性，以及沉积岩风化强度(WI_sed)的气候不敏感性。后续需通过矿物转化实验和流域尺度侵蚀通量测量加以验证。

这项研究颠覆了传统认知，证明慢侵蚀造山后地形可通过"动力学限制"机制（而非"供给限制"）实现强气候反馈。考虑到全球风化通量中慢侵蚀地形占主导，该发现为理解地球长期气候稳定性（特别是构造静止期）提供了新视角。未来需进一步探究不同构造背景下侵蚀-风化耦合机制的普适性，以及微生物过程在深层风化中的作用。