近日，国际顶尖地球科学期刊《Geology》在线发表了南京大学地球科学与工程学院胡修棉教授团队的原创成果。团队联合国内外多家科研单位，通过系统的沉积学观察、高精度镁同位素地球化学研究与地球系统气候模拟，明确了早侏罗世托阿尔期极热事件低纬度硅酸盐风化的“非线性”响应阈值，为揭示极端气候低纬度水文动力学放大化学风化的机制提供了关键证据。
硅酸盐化学风化是调节地质历史时期全球碳循环和气候的关键负反馈机制。距今约1.83亿年的早侏罗世托阿尔期大洋缺氧事件（T-OAE）是显生宙最极端的极热事件之一，大规模碳排放驱动了全球快速增温与水文循环加剧。然而，作为地球气候调节核心区域的低纬度地区，其硅酸盐风化对托阿尔期极端变暖的响应过程缺乏有效约束。基于全球海水同位素指标（如锶、锇同位素）提出的全球平均风化速率模型，往往掩盖了低纬度区域在极热期特定的风化动力学机制。
图1 早侏罗世托阿尔期（Toarcian）古地理图
针对此问题，团队选取了分别代表特提斯洋东西两侧低纬度区域的西藏Kioto碳酸盐台地（西藏日喀则地区聂拉木县年多剖面）和意大利亚平宁碳酸盐台地（Mercato San Severino剖面），提取并分析了早侏罗世低纬度浅海台地碳酸盐岩赋存的硅酸盐组分（酸不溶物），将其镁同位素（δ26Mg）变化与地球系统模型（CESM）融合，揭示了极热事件期间极端水文气候对大陆风化的放大效应。研究发现，在普林斯巴阶-托阿尔阶（Pl-To）界线（~1.84亿年,对应Karoo大火成岩省活动）之后，两个剖面均记录了镁同位素的显著正偏，且该偏移趋势与古海温的初步升高相吻合，指示大陆化学风化逐渐增强；有趣的是，这一风化增强信号之后持续升高，直至在T-OAE碳同位素负偏（NCIE）的启动阶段（对应Ferrar大火成岩省活动）达到高峰（图2），显示出明显的时间上的延迟响应。研究认为，Pl-To界线早期的碳排放并未立即引发全球风化系统的显著变化；相反，大气二氧化碳累积需要跨越一个关键的临界点，进而触发T-OAE时期剧烈的气候环境危机，并将硅酸盐风化推向峰值。
图2 早侏罗世地层学和地球化学综合对比图
为了探究这一风化增强背后的物理机制，研究团队结合通用地球系统模型（CESM）进行了古气候模拟。结果显示，在构造活动相对平静的低纬度地区，厚层的土壤风化壳如同屏蔽层一般，阻碍了下伏基岩与流体的接触，仅靠单纯的温度升高（即阿伦尼乌斯热效应）不足以驱动观测到的风化增强（图3）。然而，极热事件引发了极端的水文气候波动（如热带气旋、强降水及地表洪流等），这种极端的降水和地表径流剥蚀了地表的土壤覆盖层，使得下伏基岩直接暴露，从而极大增进了化学风化作用强度。
图3 气候模拟结果与大陆风化演变概念模型
上述研究利用碳酸盐岩酸不溶物镁同位素证实了低纬度地区在极端温室时期的风化响应，从“土壤剥蚀-风化耦合”视角，阐明了极端水文事件在加速地球气候自我调节（风化碳汇）中的作用。该研究为理解深时极热事件中气候系统与地球化学循环的非线性耦合关系提供了重要的理论支撑。
论文第一作者兼通讯作者为中科院南京地质古生物研究所韩中副研究员，我院胡修棉教授为共同通讯作者。中方合作者包括同济大学胡忠亚副研究员、北京大学胡永云教授、郭佳琦博士、袁帅博士、李想博士、中国地质大学（武汉）David B. Kemp教授、成都理工大学陈欣阳研究员等；国际合作者包括意大利那不勒斯费德里克二世大学Mariano Parente教授、的里雅斯特大学Marco Franceschi副教授，英国牛津大学Hugh C. Jenkyns教授、丹麦哥本哈根大学Mariano N. Remírez博士。
该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金外国学者研究项目、意大利大学与研究部基金以及国际地球科学计划（IGCP 739）等项目的联合资助。
论文信息：Han Zhong*, Hu Zhongya, Guo Jiaqi, Parente Mariano, Kemp David B., Remírez Mariano N., Yuan Shuai, Li Xiang, Hu Yongyun, Jenkyns Hugh C., Chen Xinyang, Franceschi Marco, Hu Xiumian*, 2026. Magnesium isotopes reveal hydroclimatically amplified low-latitude weathering during the early Toarcian. Geology, https://doi.org/10.1130/G54555.1
