南海北部陆架冰期低海平面增强硅酸盐风化的新证据及其对全球碳循环的启示

本研究针对冰期低海平面阶段热带陆架硅酸盐风化增强机制这一关键科学问题，通过分析南海北部陆架DG岩芯的沉积记录，揭示了晚第四纪（39-287 ka）三次硅酸盐风化增强事件：早期MIS6阶段陆架暴露的原位风化、MIS6末期-5早期台湾邻近陆架再搬运沉积物的次生风化。该研究为"热带冰期风化假说"提供了直接沉积证据，阐明了次生风化和源-汇过程在陆架碳汇中的关键作用。

　　

在地球漫长的气候演变史中，大气CO₂
浓度波动始终是驱动全球气候变化的核心因素。令人费解的是，冰期大气CO₂
浓度显著降低的现象，至今仍是学界争论的焦点。传统理论认为温暖湿润的间冰期更有利于硅酸盐风化，但近年南海沉积记录却揭示了相反的"热带冰期风化假说"——冰期低海平面阶段暴露的热带陆架沉积物可能通过增强的硅酸盐风化消耗大量CO₂
。然而，这一假说长期缺乏直接来自暴露陆架的沉积证据支持，严重制约着我们对冰期风化机制及其碳汇效应的认知。

中国地震局地质研究所等机构的研究团队在《Quaternary Science Advances》发表的研究，通过对南海北部陆架DG岩芯（21.945°N, 114.424°E）的系统分析，首次获得了冰期低海平面阶段陆架硅酸盐风化的直接证据。研究团队创新性地整合了光释光测年（OSL）、主微量元素地球化学、有机碳同位素（δ¹³
C）和铬还原硫（CRS）等多指标，重建了39-287 ka期间南海北部陆架的沉积环境演变史和风化强度变化。

关键技术方法包括：1）采用石英和钾长石光释光测年建立年代框架；2）通过X射线荧光光谱（XRF）和ICP-MS分析主微量元素；3）利用EA-Isolink 253 Plus质谱测定总有机碳（TOC）和δ¹³
C；4）应用化学蚀变指数（CIA）、帕克风化指数（WIP）等校正指标量化硅酸盐风化强度；5）结合C/S比值和Sr/Ba_corr
重建沉积环境。

沉积环境演变
岩芯揭示出五个沉积单元对应两次海侵-海退旋回：Unit I（59-80 m，190-287 ka）浅海环境以含玻璃质有孔虫为特征；Unit II（46-59 m，143-190 ka）褐黄色中粗砂指示MIS6陆架暴露；Unit III（38-46 m，137-143 ka）淡水潟湖环境δ¹³
C骤降至-30.3‰；Unit IV（32.8-38 m，123-137 ka）海陆过渡带出现腐烂木材；Unit V（17.4-32.8 m，38-123 ka）回归浅海环境。

物源解析
稀土元素配分模式（REE）和元素比值示踪显示：Unit II沉积物源自香港花岗岩风化产物，具有独特的Eu负异常（δEu=0.52-0.58）；其他单元则与台湾西南河流沉积物特征高度吻合，表现为平坦的UCC标准化REE模式（(La/Yb)_N
=0.82-1.15）和K₂
O/TiO₂
与Al₂
O₃
/TiO₂
的线性关系，证实台湾物源通过沿岸流主导输送。

硅酸盐风化增强机制
校正化学蚀变指数（CIA_c
）揭示三次风化增强事件：1）早期MIS6（143-190 ka）香港物源沉积在暴露陆架经历原位风化，CIA_c
升至72.3；2）MIS6末期（137-143 ka）台湾邻近陆架再搬运沉积物带来次生风化信号，CIA_c
跃升至81.5；3）早期MIS5（123-137 ka）海平面上升引发沉积物再改造。特别值得注意的是，早期MIS6阶段尽管温度（22-26°C）和降水适宜，但风化增强主要归因于陆架长期暴露而非气候条件。

这项研究开创性地证实了冰期低海平面阶段热带陆架可通过两种机制增强硅酸盐风化：原位暴露风化和次生风化沉积物的再搬运。这不仅为"热带冰期风化假说"提供了关键实证，更揭示了陆架沉积物在全球碳循环中被长期忽视的"双碳汇"功能——既通过原生矿物风化直接消耗CO₂
，又通过次生风化产物再循环维持持续碳汇。该发现对理解第四纪冰期-间冰期碳循环波动机制具有里程碑意义，为预测当代全球变化背景下陆架系统的碳汇响应提供了地质参照。未来研究若能整合更多边缘海数据，将有望建立全球陆架风化碳汇的定量模型，为地球系统模型提供关键参数。