全球变暖和气候极端化是当今人类面临的一个重大气候环境危机议题。大陆硅酸盐岩化学风化，被认为是地质历史时期保持大气CO₂含量平衡和气候稳定的最重要的自然调节机制之一（Penman et al., 2020; Shen et al., 2022）。然而，由于缺乏全面详细的化学风化研究记录，这一机制在地史中重大碳循环波动时期的有效性仍存在很大争议。充分了解地质历史时期，尤其是气候变暖时期，硅酸盐岩化学风化作用的碳汇能力和效率，不仅有助于我们完善对硅酸盐岩风化—气候这一反馈机制在地质历史时期的有效性的认识，同时亦有助于人们正确评估当今世界气候变暖大背景下的大陆风化的碳汇能力、进行未来气候变化预测及其应对措施的制定与优化。

二叠纪与三叠纪之交是显生宙以来最受瞩目的快速变暖时期之一。低纬地区的海水表层温度从晚二叠世的20°C左右迅速上升到早三叠世早期的 30°C 以上，其增幅在短短数十万年间超过10°C，并且在早三叠世数个百万年的时间内持续保持高温（Sun et al., 2012）。气候模型模拟认为当时的碳排放速率在0.4-1.9 Pg C yr^-1，是生命大爆发以来碳排放速率最快、温度增幅最快最大的关键转折期之一（Cui et al., 2021; Wu et al., 2021）。那么，当时的陆地硅酸盐岩风化作用对如此重大的气候剧变转折是如何响应和调节的呢？长期以来，这个问题并没有得到很好的解答，这在很大程度上归因于全球尺度研究的严重匮乏和系统整理。

对此，中国地质大学（武汉）徐国真博士后、沈俊和喻建新教授等通过系统开展全球二叠系与三叠系碎屑岩陆相剖面和部分以细碎屑岩相为主的海相剖面（当海相剖面以生物化学沉积为主时，仅选取碎屑成分较多的样品层位）的化学风化指数（CIA）及部分陆相剖面的黏土矿物组成的分析测试（图1），充分考虑物源稳定性、沉积再循环、粒度分选以及后期成岩作用的影响，从中提取出当时全球范围内陆地硅酸盐岩化学风化强度（以下简称化学风化强度，同理除非特殊说明，以下化学风化作用也代指陆地硅酸盐岩化学风化作用）的信息，并对其在二叠纪-三叠纪之交的演变规律的原因及其时陆地硅酸盐岩风化作为气候调节机制的效率性进行了探讨（Xu et al., 2023）。

图1 二叠纪-三叠纪古地理图。蓝色为海相剖面（圆圈），红色为陆相剖面（三角形）。

该研究结果显示，晚二叠世生物大灭绝之前，不同纬度的CIA记录值和现代河流沉积物的变化趋势类似（图2），灭绝之后，CIA值除了澳大利亚Sydney和Bowen盆地表现出明显的升高之外，其它研究地区的CIA表现为变化不明显（如南非Karoo盆地Ripplemead和Bethulie剖面），或者表现为不同程度的下降趋势（图2）。这个结果与根据水热反应定律及化学风化-气候反馈机制预测的气候变暖时期应有的化学风化强度增强相违背。

化学风化作用受温度和陆表水循环条件共同作用的影响（Maher and Chamberlain, 2014）。化学风化强度时二叠纪与三叠纪之交化学风化强度不增反降的原因可能与伴随生物灭绝而来的气候环境恶化相关。在大部分地区，水圈循环、陆地水文条件的变化主导了化学风化强度的演变规律，而非温度变化（图3）。在当时，生物大灭绝导致的陆地森林系统的大量消亡、水圈循环的强化甚至极端化（降水和地表径流在时空分布上更集中、瞬时、高能；表现为河流类型从以曲流河为主向以辫状河为主的转变、风暴沉积的大量发育等）以及大范围气候干旱化（表现为早三叠世红层发育、喜湿植被让位于耐寒植物、野火频发、古土壤钙化等）共同导致陆地上物理侵蚀作用大大加强。研究表明晚二叠世生物大灭绝之后，全球平均物理侵蚀速率可能增加了7倍（Algeo and Twitchett, 2010）。在当今世界，物理风化速率在百吨/km²/yr 的级别时，风化模式以供给限制型风化类型为主，此时化学风化速率随着物理风化作用的增长而增长，而当物理风化速率超过1000 t/km²/yr时，风化模式则以动力限制型风化类型为主，此时化学风化速率随物理风化作用增长而增长的现象并不明显，甚至出现降低（West et al., 2005; Gabet and Mudd, 2009）。由此可见，二叠纪与三叠纪之交的化学风化类型很有可能从以供给限制型风化类型为主转变为动力限制型类型为主，在这种情形下，化学风化速率随物理化学风化速率增加的现象可能会被大大削弱。

图2 晚二叠世灭绝前后CIA 变化（A）；现代河流沉积物CIA纬度分布图（B）；灭绝前后CIA的变化（ΔCIA指灭绝前长兴期到灭绝后-印度期的变化）。

图3. 生物灭绝前后（圆圈为灭绝前，正方形为灭绝后）化学风化强度与温度和水的可利用率之间的关系示意图。理论上，较高（较低）的温度和增强（减少）的水分可利用率有利于增加（降低）化学风化强度。早三叠世化学风化强度变化率取决于温度升高和水的可利用率降低的共同作用，不同的颜色表示不同的因素控制CIA的变化：(1)当温度效应为主控因素，CIA显示增加（红色箭头）；（2）当温度和水的共同影响，CIA几乎不变（黑色箭头）；（3）当水的可利用率占主导地位时，CIA降低（蓝色箭头）。

综上，二叠纪-三叠纪之交化学风化强度的不增反降，在结合物理风化速率与化学风化通量模拟结果情况下，指示了当时化学风化速率增幅不大，呈现与温度和物理风化速率增幅不匹配的碳汇能力不足，因而很有可能是导致早三叠世持续高温不下的重要原因。

该研究成果于近日发表在国际知名期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）上。徐国真为第一作者，沈俊和喻建新为通讯作者。

Xu, G., Shen, J., Algeo, T.J., Yu, J., Feng, Q., Frank, T.D., Fielding, C.R., Yan, J., Deconink, J.F. and Lei, Y., 2023. Limited change in silicate chemical weathering intensity during the Permian–Triassic transition indicates ineffective climate regulation by weathering feedbacks. Earth and Planetary Science Letters, 616, 118235.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X23002480)