晚石炭世至早二叠世古野火特征、分布规律及其控制因素：冰室条件下的古环境响应与全球对比

本研究聚焦晚古生代冰期（LPIA）关键时期古野火活动规律，通过分析华北大城煤田太原组/山西组煤样惰质组（inertinite）含量与反射率，结合全球300-290 Ma惰质组数据与上新世-全新世野火模式对比，揭示了古野火从欧美区向冈瓦纳/华夏/安加拉大陆的时空迁移规律，阐明冰室条件下古气候（pCO2 /温度/降水）与大气氧浓度（pO2 ）对野火系统的分级控制机制，为理解地质历史期冰期-间冰期旋回中碳-氧循环耦合提供新证据。

　　

在地球漫长的地质历史中，晚石炭世至早二叠世（约300-290 Ma）是一个充满矛盾的时代——一方面，晚古生代大冰期（LPIA）让冈瓦纳大陆和西伯利亚板块覆盖着广袤冰川；另一方面，低纬度地区却孕育着茂密的成煤森林。这种"冰与火"共存的奇特现象，引发了科学家对当时古野火活动规律的强烈好奇。更令人着迷的是，现代全球变暖背景下野火频发的现象，与这段地质历史形成了跨越三亿年的遥远呼应。

要解开这个时空谜题，关键线索藏在一种特殊的煤岩组分——惰质组（inertinite）中。作为古野火的"化石日记"，这些黑色碳质颗粒记录着远古植被被烈火吞噬的瞬间。然而，学界对冰室条件下古野火的时空分布规律及其控制机制仍存在重大认知空白：为什么300 Ma的野火集中在欧美大陆，而到290 Ma却转移到了冈瓦纳？为什么华北地区的野火会从地表火转变为地下火？大气氧浓度与冰期气候如何共同导演这场地质史上的"火焰之舞"？

中国地质大学（北京）煤层气工程研究中心的科研团队联合多家单位，选择华北板块大城煤田作为"时空望远镜"，对太原组和山西组的25个煤样展开精细解剖。通过国际标准化组织（ISO）认证的煤岩显微组分分析技术，他们量化了惰质组中各类亚组分（如丝质体fusinite、半丝质体semifusinite）的含量；借助显微光度计测定随机反射率（%R_o
），结合Jones温度方程推算出古燃烧温度；创新性地采用Gplates软件将全球511个惰质组数据点复原到300 Ma和290 Ma的古地理坐标；最后通过Glasspool氧浓度模型，建立起惰质组含量与大气pO₂
的定量关系。

研究结果揭示出四阶段演化规律：在太原组No.10₂
和No.10煤层中，惰质组含量（7.54%-32.71%）与反射率（1.74%-2.49%）呈现先升后降的波动，对应中等规模的地表火（燃烧温度350-650°C）；而山西组No.5煤层则显示高惰质组含量（20.89%-32.71%）但低反射率（<2%），反映大规模地下火（<400°C）。全球尺度上，300 Ma的野火集中在0°-30°N的欧美区，惰质组含量普遍<20%；到290 Ma则向30°N和60°S扩张，冈瓦纳大陆甚至出现>60%的高值区。

控制机制解析发现三重驱动：气候维度，300 Ma的冷湿气候（Sr/Cu=9.30，Rb/Sr=0.46）抑制燃烧，而290 Ma暖干化（Sr/Cu=10.59，Rb/Sr=0.29）促进火势蔓延；植被维度，华夏植物群（以大羽羊齿类Gigantopterids为代表）在290 Ma的繁盛提供了新型燃料；大气化学维度，pO₂
从23.43%升至24%，使燃料临界含水率（M_ex
）从60.08%提高到64%。特别值得注意的是，与上新世-全新世的对比表明：虽然两个冰期都显示气候变暖导致野火增加，但晚古生代野火强度显著更高，这凸显了pO₂
对地质时间尺度火系统的调控作用。

这项发表在《Geoscience Frontiers》的研究，首次建立了冰室条件下古野火"气候-大气-植被"三级控制模型。其科学价值在于：一方面，为理解LPIA期碳循环异常（如"碳库悖论"）提供了野火视角的新解释；另一方面，通过揭示高pO₂
环境下野火的特殊行为，为预测未来气候变化下的极端火事件提供了深时类比。当我们在山西煤矿深处拾起一块闪亮的镜质体时，或许正触摸着地球系统应对冰期挑战的古老智慧。