巴西巴拉那盆地下二叠统Rio Bonito组含煤地层中基于多指标的古野火事件证据及其对冈瓦纳大陆冰期末期气候转型的启示

本研究针对巴西Candiota煤田下二叠统Rio Bonito组异常高惰质体（inertinite）富集层的成因问题，通过有机岩石学、扫描电镜（SEM）、孢粉学和多环芳烃（PAHs）等多技术联用，揭示了298 Ma（Asselian期）泥炭沼泽环境中古野火事件序列。研究发现惰质体（fusinite/semifusinite）向煤层顶部富集、6环PAHs（如coronene）等高温燃烧标志物，证实了冈瓦纳大陆晚古生代冰期（LPIA）末期气候变暖驱动的频繁野火事件，为全球冰室-温室气候转型提供了关键地质记录。

　　

在漫长的地球历史中，野火一直是塑造陆地生态系统的重要力量。早在3亿年前的二叠纪初期，随着维管植物的繁盛，野火便开始在地质记录中留下痕迹。巴西巴拉那盆地的Candiota煤田保存了下二叠统Rio Bonito组独特的含煤地层，其中异常高含量的惰质体（inertinite）——一种源自植物燃烧的显微组分——引起了科学家的浓厚兴趣。这些黑色“时间胶囊”背后，究竟隐藏着怎样的古环境密码？

以往研究表明，Candiota煤田的Banco Louco和S9煤层中惰质体含量高达65%-79%，远超过常规煤层。如此显著的异常是否与古野火事件相关？这一问题的解答不仅关乎区域地质认识，更能为理解冈瓦纳大陆晚古生代冰期（Late Paleozoic Ice Age, LPIA）向温室气候转型过程提供关键证据。为此，巴西研究团队对SGQ-26和F-368钻孔岩芯展开多学科攻关。

研究采用四大关键技术：1）有机岩石学分析（maceral group analysis）定量惰质体组分；2）反射率测量判定野火温度；3）孢粉学（palynology）鉴定炭化孢粉体（palynomorphs）；4）气相色谱-质谱检测多环芳烃（PAHs）分子标志物。样本涵盖CCS煤层顶部、BL、S9及S8煤层构成的“异常层段”。

CCS煤层顶部
12cm厚的顶部分析显示惰质体含量5%-80%波动，以碎屑惰质体（inertodetrinite）为主。反射率0.7%-1.3%表明地表火（surface fires）主导，伴生大量炭化木质碎片（charred wood）。

BL煤层
惰质体占比跃升至40%-60%，出现完整炭化叶片和繁殖器官。孢粉组合显示从喜湿（hygrophilous）石松类（lycopsids）向中生（mesophilous）舌羊齿类（glossopterids）的植被更替，反映气候干旱化趋势。

S9煤层
研究核心层段，惰质体含量达峰值79%。电镜观察到微米级炭屑（microcharcoal）密集分布，孢粉体完全炭化（completely black palynomorphs）。关键发现是检出6环PAHs（包括coronene），指示500-700°C的高温冠层火（crown fires）。

S8煤层
异常层段顶部惰质体骤降至20%-30%，3-4环PAHs占优，标志野火活动减弱。孢粉组合重现喜湿植物，暗示湿润气候回归。

古野火温度与类型
反射率数据（0.5%-2.5%）显示以地表火和地面火（ground fires）为主，仅S9煤层出现罕见冠层火证据。PAHs环数分布印证从低温（3环）到高温（6环）的燃烧梯度，与孢粉炭化程度高度吻合。

古植被与古气候
泥炭沼泽植物群呈现明显的生态适应性：下部以喜湿的石松类、蕨类（filicopsids）为主；中部S9层段旱生松柏类（conifers）扩张；上部回归混合植被。这种波动被解释为冰期末期气候振荡的生态响应，野火高峰期（S9层）对应最干旱阶段。

这项研究首次系统证实了南巴西最古老（298 Ma）的泥炭沼泽野火记录。多指标证据链揭示：1）异常惰质体层段实为多次野火事件的叠加产物；2）野火强度与冰期末期气候变暖同步；3）大气氧含量（O₂）估计达25%，支持早二叠世高氧模型。这些发现为理解LPIA-温室转型期陆地生态系统响应提供了巴西冈瓦纳的关键案例，论文发表于《International Journal of Coal Geology》。

研究的创新性在于将惰质体异常从单纯的煤岩学现象提升为古气候指标，建立了“野火-植被-气候”三者的动态耦合关系。未来研究可拓展至全球同期煤层的对比，进一步厘清野火事件在古生代末生物灭绝事件中的潜在作用。