古新世始新世极热事件中碳循环、气候变化与风化强耦合

准确而定量地描述碳排放、气候变化与地质碳汇之间的互馈关系，是地球科学领域的前沿问题，也是制定碳中和战略目标的关键科学基础。然而，目前关于气候变化背景下的地球系统碳循环过程与机理的认识仍存在较大的不确定性。例如，未来大气CO₂浓度的急剧变化是否会影响地质碳汇的潜力？大陆硅酸盐风化如何响应快速碳排放？ 

发生在古新世-始新世界线附近的PETM事件为回答上述问题提供了契机。PETM事件发生在距今5600万年前，是一次历时短暂、由巨量CO₂注入海气系统所引发的快速增温事件。它的碳排放过程与当今人类燃烧化石燃料向大气中注入大量CO₂有较大的相似之处，故研究该事件发生时期碳循环与气候变化之间的互馈关系具有重要的现实意义，可为评估未来气候变化趋势和地质碳汇潜力提供科学依据。 

中国科学院地质与地球物理研究所副研究员陈祚伶、研究员丁仲礼、研究员杨石岭、研究员孙继敏，联合中国科学技术大学教授肖益林和博士仝凤台，通过湖相沉积物Li同位素分析重建了PETM时期风化剥蚀历史，并结合古气候数据探讨了PETM时期碳循环、气候变化与大陆硅酸盐风化之间的关系。研究表明，PETM时期湖泊自身碳酸盐和粘土Li同位素均发生了明显的负漂（图1）。研究结合古气候数据和地球化学模拟，得到如下主要认识：（1）PETM时期华中地区大陆硅酸盐风化强度增加了一倍左右。考虑到该时期大陆风化剥蚀通量显著增加，该结果暗示PETM时期大陆硅酸盐化学风化通量至少增加一倍以上，通过风化反馈的方式吸收了大气中过量的CO₂，维持地球气候在可宜居的范围内。（2）基于Li同位素重建的硅酸盐风化强度与气候指标是同步变化的（图2），且碳同位素（轻碳释放指标）与风化强度之间存在显著的相关性（图3），表明PETM时期轻碳释放、气候变化和大陆硅酸盐风化在千年时间尺度上是强耦合的。快速碳排放诱发气候环境变化，促使硅酸盐风化快速响应，通过负反馈方式调节气候。这说明在千年尺度上硅酸盐化学风化“恒温器”在调控气候方面也是行之有效的。 

该研究揭示了大陆硅酸盐风化对碳排放事件响应是快速的，因而在评估未来气候变化的影响时应该将硅酸盐风化作用纳入全球尺度的模型中。此外，该成果还为“通过人为干扰的方式增加硅酸盐风化移除大气CO₂” 这一提案提供了科学支撑。 

相关研究成果发表在《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、地质地球所重点部署项目和中国科学院青年创新促进会的支持。