近日，我院王劍教授、付修根教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名地學(xué)Nature Index（NI）期刊《Earth and Planetary Science Letters》上發(fā)表成果“Orbitally-paced climate change during the Carnian Pluvial Episode”。西南石油大學(xué)付修根教授、王劍教授和北京大學(xué)王蒙特聘副研究員是共同通訊作者，第一作者是西南石油大學(xué)張謙博士研究生，合作者包括埃及米尼亞大學(xué)Ahmed Mansour、西南石油大學(xué)韋恒葉教授、成都理工大學(xué)張?zhí)寡芯繂T等人。
該成果對(duì)晚三疊的海相沉積序列（羌資8井、羌資16井和雀莫錯(cuò)剖面，圖1）開(kāi)展了同位素地球化學(xué)、旋回地層學(xué)研究和沉積噪音模型分析，旨在探討卡尼期潤(rùn)濕幕（Carnian Pluvial Episode, CPE）的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。這項(xiàng)研究首次提供了強(qiáng)有力的地質(zhì)證據(jù)，證明軌道驅(qū)動(dòng)力增強(qiáng)了CPE期間的水文循環(huán)，對(duì)放大CPE期間環(huán)境和氣候響應(yīng)扮演了重要的角色。
CPE是晚三疊非常引人注目的地質(zhì)事件（Simms and Ruffell, 1989）。該事件以全球氣候變化、生物轉(zhuǎn)折為主要特征（Dal Corso et al., 2020），并伴隨著幕式碳同位素?cái)_動(dòng)（Li et al., 2020），其驅(qū)動(dòng)機(jī)制常與蘭格利亞大火成巖省的噴發(fā)聯(lián)系在一起（Lu et al., 2021）。然而，碳循環(huán)模擬表明蘭格利亞大火成巖省噴發(fā)所釋放的碳量可能不足以導(dǎo)致我們觀察到的碳同位素負(fù)偏（Dal Corso et al., 2020）。因此，CPE可能還存在其他驅(qū)動(dòng)因素。
圖1.本研究涉及的兩口井及剖面位置分布和研究區(qū)古地理圖（Wang et al., 2020）。
卡尼期潤(rùn)濕幕的可能驅(qū)動(dòng)機(jī)制
針對(duì)CPE的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，本研究進(jìn)行了三方面研究。一是選取羌塘盆地東部的羌資8井和羌資16井的自然伽馬數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，以16井鉆遇的凝灰?guī)r年齡為錨點(diǎn)，建立羌塘盆地東部晚三疊地層的天文年代標(biāo)尺。二是選取羌塘盆地東部雀莫錯(cuò)剖面卡尼期淺海沉積物作為研究對(duì)象，并采用Hg元素含量和Hg同位素以及綜合元素地球化學(xué)測(cè)試，驗(yàn)證火山活動(dòng)在CPE期間東特提斯羌塘盆地的響應(yīng)。三是選取羌資8井巴貢組自然伽馬數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，進(jìn)行軌道驅(qū)動(dòng)力的研究，揭示CPE的外動(dòng)力影響機(jī)制。研究得到了以下認(rèn)識(shí)：
（1）本研究以16井鉆遇的凝灰?guī)r年齡（220.4±1.1 Ma）為錨點(diǎn)，對(duì)羌資16井和羌資8井自然伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行旋回地層學(xué)分析，建立了羌塘盆地巴貢組高分辨率天文年代標(biāo)尺。研究表明巴貢組的沉積時(shí)限從底到頂為233.16±1.37 Ma到220.4±1.1 Ma，沉積持續(xù)時(shí)間為13.16 ± 1.37 Ma。結(jié)合羌資8井碳同位素?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算出CPE期間碳同位素負(fù)偏時(shí)間為1.1 Myr。
（2）在雀莫錯(cuò)剖面，Hg元素含量富集發(fā)生在CPE啟動(dòng)時(shí)，并且表現(xiàn)出了火山源Hg同位素特征。這表明了火山活動(dòng)對(duì)于CPE事件的觸發(fā)。然而，CPE事件期間，火山活動(dòng)信號(hào)較弱（圖2）。
（3）羌資8井CPE事件的主要階段發(fā)生在~ 1.2 Myr長(zhǎng)周期斜率最大值調(diào)制期間（圖3），斜率增強(qiáng)對(duì)水文循環(huán)有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，其可能通過(guò)強(qiáng)制海平面的變化調(diào)控了晚三疊CPE期間的氣候變化。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)CPE事件的主要階段發(fā)生在偏心率（e/T）最大時(shí)期（圖3）。偏心率極大值時(shí)期季節(jié)性差異增強(qiáng)（Storm et al., 2020）。因此，偏心率可能在放大CPE事件的氣候響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
因此，CPE的本質(zhì)可能是蘭格利亞大火成巖省的噴發(fā)觸發(fā)了CPE的啟動(dòng)，而斜率和偏心率強(qiáng)迫恰好與CPE的主要階段重合，這進(jìn)一步放大了卡尼期的全球環(huán)境、氣候和生物擾動(dòng)。
超長(zhǎng)斜率周期驅(qū)動(dòng)了古海平面變化
冰室氣候時(shí)期，海平面波動(dòng)常與極地冰蓋的消長(zhǎng)聯(lián)系在一起（Miller, 2005）。然而，在晚三疊世溫室氣候時(shí)期（Arche and Lopez-Gomez, 2014），全球海平面的大波動(dòng)難以用傳統(tǒng)的冰川驅(qū)動(dòng)的海平面變化機(jī)制來(lái)解釋（李明松等，2023）。針對(duì)溫室時(shí)期海平面變化成因問(wèn)題，可能的解釋是“天文因素影響下的大陸地下水儲(chǔ)庫(kù)變化驅(qū)動(dòng)了海平面變化”機(jī)制，即含水層型海平面變化（aquifer-eustasy）（Li et al., 2018;李明松等，2023）。該機(jī)制已經(jīng)得到了來(lái)自華南樂(lè)山下寒武統(tǒng)筇竹寺組（Zhang et al., 2022）、早二疊世海相沉積盆地（Wei et al., 2023）、華南巢湖和大峽口下三疊統(tǒng)剖面（Li et al., 2018）、中國(guó)渤海灣盆地東濮凹陷（Wang et al., 2020）等處地質(zhì)證據(jù)的支持。本研究以羌資16井和羌資8井巴貢組自然伽馬數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，使用沉積噪音模型恢復(fù)了羌塘盆地晚三疊時(shí)期古海平面變化。在晚三疊時(shí)期，海平面變化呈現(xiàn)出百萬(wàn)年尺度的周期變化，與超長(zhǎng)斜率周期呈反相變化（圖3 A，B，C），反映了超長(zhǎng)斜率周期可能調(diào)控了晚三疊海平面變化。
圖2.卡尼期潤(rùn)濕幕期間碳同位素（δ13Ccarb）、陸源輸入（Ti/Al）、古氣候（CIA）和Hg元素豐度及其同位素值的變化特征
圖3.晚三疊世全球海平面、斜率信號(hào)、偏心率信號(hào)和碳同位素?cái)_動(dòng)之間的相關(guān)性。
（A）在羌資8井中觀察到的O/T（obliquity/total power）及其~1.2 Myr斜率周期濾波。（B，C）羌資8井沉積噪音模型（DYNOT和ρ1）結(jié)果及其~1.2 Myr斜率周期濾波。（D）觀察到的e/T（short eccentricity/total power）。（E）全球海平面變化（Dal Corso et al., 2020）。（F）晚三疊碳同位素曲線（Li et al., 2020）。（G）本研究中的碳同位素曲線（NCIE, negative carbon isotope excursion）。
研究方法
本次研究中所有時(shí)間序列分析都在Acycle軟件中進(jìn)行（Li et al., 2019）。時(shí)間序列分析使用的模塊主要包含去趨勢(shì)、能譜分析、濾波、COCO、eCOCO、功率分解分析等。古海平面恢復(fù)使用了沉積噪音模型（DYNOT和ρ1）。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金對(duì)本研究的資助。
論文信息：
Zhang, Q., Fu, X., Wang, J., Mansour, A., Wei, H., Zhang, T., Wang, M., 2024. Orbitally-paced climate change during the Carnian Pluvial Episode. Earth Planet. Sci. Lett. 626, 118546.https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118546.
