中侏罗世高纬度泥炭地碳积累速率的天文轨道周期调控机制：野火活动与碳埋藏关系研究

本研究针对中侏罗世高纬度泥炭地碳积累速率调控机制不明的问题，通过整合煤岩学分析、自然伽马测井数据时间序列分析和光谱分析等技术，首次揭示405-kyr轨道周期驱动的野火活动对泥炭地碳积累速率（41.10–52.74?g C/m2·a）的抑制作用，为地质历史时期有机碳埋藏与气候反馈机制提供新见解。

　　

研究背景与科学问题

在地球漫长的地质历史中，泥炭地作为重要的陆地碳库，自泥盆纪以来持续影响着全球碳循环和气候变化。侏罗纪作为典型的温室气候时期，全球范围内形成了大量煤层，但这一时期泥炭地碳积累速率（Carbon Accumulation Rate, CAR）的调控机制始终是未解之谜。尤其值得注意的是，侏罗纪中高纬度地区普遍存在频繁的野火事件，而现代研究表明野火会显著降低泥炭地碳储存效率。然而，地质历史时期轨道尺度上的野火活动是否以及如何调控泥炭地CAR，至今缺乏系统研究。

研究设计与技术路线

中国石油大学（北京）的Dawei Lv团队选取新疆准噶尔盆地中侏罗世西山窑组B2煤层（厚度60.9米）为研究对象，通过58个煤样的煤岩学分析（包括惰质体含量测定和煤化学分析）、自然伽马测井数据时间序列分析（计算沉积速率和持续时间）以及光谱分析（识别轨道周期信号），结合Large和Marshall（2015）的煤化作用碳损失模型，定量重建了泥炭地CAR与野火活动的关联性。

主要技术方法

1. 煤岩学分析：采用ASTM标准测定灰分、挥发分等参数，通过反射光显微镜统计惰质体（inertinite）含量作为野火活动指标。
2. 时间序列分析：基于自然伽马测井数据计算沉积速率（2.3?cm/kyr）和煤层形成时间（2.6 Myr）。
3. 碳积累速率计算：结合煤表观密度（1.50?g/cm³）和煤化作用碳损失模型，校正得到原始泥炭CAR。

研究结果

1. 泥炭地碳积累速率特征

B2煤层的CAR范围为41.10–52.74?g C/m²·a，呈现自下而上逐渐降低的趋势。这一数值低于前人报道的侏罗纪泥炭地CAR（46.2–77.0?g C/m²·a），暗示野火可能对碳埋藏产生负面影响。

2. 野火活动的直接证据

煤样中惰质体含量高达20%–40%，其丝质结构（charcoal）和镜质体反射率（vitrinite reflectance）特征表明，中侏罗世准噶尔盆地泥炭地曾频繁发生野火。

3. 轨道周期调控机制

光谱分析发现405-kyr长偏心率周期信号，CAR与惰质体含量呈显著负相关（r = -0.82），表明轨道尺度气候波动通过调控野火频率影响泥炭地碳埋藏效率。

结论与意义

本研究首次证实中侏罗世高纬度泥炭地CAR受405-kyr轨道周期驱动的野火活动调控，野火频发导致碳积累效率降低约20%。这一发现不仅揭示了地质历史时期"野火-碳循环"耦合机制，也为理解现代气候变化背景下泥炭地碳库稳定性提供了深时类比依据。论文发表于《Global and Planetary Change》，为古气候学和碳循环研究领域树立了多学科交叉研究的典范。