晚三叠世卡尼期洪积事件的气候-碳循环相互作用与空间异质性：来自中国准噶尔盆地的高分辨率记录

研究人员针对卡尼期洪积事件(CPE)的气候-碳循环相互作用机制开展多学科研究，通过中国准噶尔盆地湖相沉积的高分辨率(2-10 kyr)多指标记录，揭示了火山活动触发地表碳库反馈的快速CPE起始机制(15.8 kyr)，发现陆地碳循环与405-kyr偏心率周期呈同相位关系，并首次提出CPE水文循环存在空间异质性特征——大陆内部干旱化与低纬/极地多降水中心并存。该成果为理解地球系统功能提供了新视角。

　　

晚三叠世卡尼期洪积事件(CPE)是地球历史上最神秘的极端气候事件之一，发生在约2.34-2.32亿年前。这个被称为"百万年雨季"的时期，不仅伴随着海洋缺氧、生物灭绝等环境剧变，更见证了恐龙等现代生物类群的崛起。然而长期以来，科学界对CPE的触发机制、碳循环响应模式以及全球水文变化特征存在三大谜团：火山活动如何通过气候-碳循环反馈引发事件？陆地碳库如何响应轨道尺度的气候变化？所谓的"全球增湿"是否真实存在空间异质性？

为解决这些关键问题，中国科学院南京地质古生物研究所领衔的国际团队，选择中国新疆准噶尔盆地南缘的达隆沟剖面作为研究载体。这个保存完好的湖相沉积序列，记录了CPE期间高纬度地区(约60°N)的环境变化。通过整合生物地层学、放射性测年和高分辨率地球化学分析，研究团队首次建立了天文调谐的时间框架，并耦合汞同位素、碳同位素和古气候模拟等多学科手段，在《Nature Communications》发表了突破性成果。

研究主要采用四大关键技术：1) 磁化率轨道调谐建立浮动天文时间标尺(405-kyr长偏心率周期)；2) 有机碳同位素(δ¹³C_org)与总有机碳(TOC)分析揭示碳循环扰动；3) 汞(Hg)浓度与同位素(Δ¹⁹⁹Hg)示踪火山活动；4) AWI-ESM地球系统模型模拟CPE气候空间格局。

结果与讨论

年龄与地层框架

达隆沟剖面包含500米连续沉积的黄山街组和克拉玛依组。U-Pb定年显示黄山街组下部年龄为234.8±0.8至232.9±0.7 Ma，将CPE起始层位精确限定在中-上三叠统界线(237 Ma)与232.9 Ma之间。

旋回地层与化学地层

磁化率(MS)频谱分析识别出34m(405-kyr)、13.3m(173-kyr)等轨道周期信号。δ¹³C_org记录显示两次显著负偏(CIE1: -6.5‰/139.2 kyr; CIE2: -3.5‰/114.3 kyr)，并在CPE起始前发现持续19 kyr的预起始偏移(POE: -1.2‰)。

CPE的触发机制

POE阶段出现的汞异常(Hg/TOC峰值与Δ¹⁹⁹Hg波动)指示火山活动先导。模型计算显示，仅靠兰格利亚大火成岩省(Wrangellia LIP)释放的轻碳不足以解释CIE1幅度(-3-4‰)，需要甲烷水合物(占现代储库29%)等碳库参与反馈。CPE起始仅耗时15.8 kyr，快于二叠纪末灭绝(40 kyr)但慢于古新世-始新世极热事件(4 kyr)。

气候-碳循环相互作用

δ¹³C_org波动(±1‰)与405-kyr偏心率呈同相位关系，类似于渐新世-中新世暖室期的碳循环模式。这种轨道尺度耦合表明：偏心率极小期有利于陆地碳库扩张，而极大期促进轻碳释放。

水文循环空间异质性

古孢粉显示准噶尔盆地CPE期间干旱化(喜湿孢粉从22%降至10%)。模型模拟揭示降水格局重构：潘吉亚大陆内部干旱化，而低纬东部和极地出现多降水中心。这与西欧特提斯地区"全球增湿"的传统认知形成鲜明对比。

结论与意义

该研究首次揭示CPE起始存在"火山触发-碳库反馈"的级联机制，提出陆地碳循环受控于轨道强迫的新模式，并颠覆性地刻画了水文变化的空间异质性。这些发现不仅为理解CPE提供了统一框架，更揭示了超高温事件中地球系统响应的共性规律——快速正反馈、碳-气候耦合振荡以及区域气候极端化。这对预测当代全球变暖背景下碳循环响应和水文格局变迁具有重要启示。

特别值得注意的是，研究提出的"大陆干旱化与多降水中心并存"模式，与当前观测到的气候变化特征(如中纬度干旱带扩张与极端降水增加)存在惊人相似性。这提示地质历史中的超高温事件可能蕴藏着破解现代气候难题的钥匙。