贾建亮等-GSAB：大陆风化与漂移制约辽西地区早白垩世

陆地古气候转换

　　早白垩世阿普特-阿尔必（Aptian–Albian）期间（ca. 100–125 Ma），强烈的气候、构造和海平面变化引起海洋浮游生物群落繁盛而使全球碳循环产生扰动，导致早白垩世全球大洋缺氧事件发生（OAE1）。晚Aptian时期（ca. 115–112 Ma之前）全球变冷事件打乱了白垩纪中期温暖而平静的气候条件，这种长周期古气候变化往往受大陆风化、大规模火山、板块构造等制约，此演变进程形成了多时空长周期的构造–气候–生物回馈机制，从而使重建Aptian–Albian时期高分辨率古气候成为一个具有挑战性的研究热点。然而，连续高分辨率陆相记录揭示的早白垩世陆地古气候鲜有报道，其对同期古生态、古环境与古地理的影响仍不明确。因此，研究跨越多时空尺度的长周期构造–气候–生物回馈机制对解决这一科学问题至关重要。位于辽西地区的阜新盆地保留了较完整的Aptian–Albian时期沉积记录（~124–100 Ma），演绎了热河生物群发育、西太平洋板块俯冲、东部高原消亡、华北克拉通破坏等重大生态–构造转换过程，使其成为探索早白垩世陆地古气候与构造–生态协同演变机制的理想场所。

　　中国地质科学院地质研究所贾建亮研究员及其合作者对阜新盆地早白垩世完整的陆相沉积记录开展系统研究，揭示了阜新地区早白垩世高分辨率陆地古气候演化规律，与全球海相记录具有近乎一致的可对比性，首次揭示了Aptian晚期陆地古气候变冷事件且受大陆风化与板块漂移的协同作用，提升了长周期构造–气候–生态回馈机制的新认识。取得的主要成果认识如下：

　　（1）利用高分辨率陆相细粒沉积的CIA值、δ18O值、高岭石含量、放射性元素比值、孢粉组合等反映化学风化、温度、湿度的多种气候指标，重建了阜新地区早白垩世Aptian–Albian时期陆地古气候演化规律，将古气候划分为4个2–4 Ma的长期气候带、8个1–2 Ma的中期气候带。结果表明，长周期古温度在早Aptian晚期逐渐升高、晚Aptian时期变冷、早Albian时期转而升高，湿度在早Aptian晚期偏低、晚Aptian时期适中、早Albian时期偏高，化学风化程度在早Aptian晚期较弱、晚Aptian时期由中等逐渐变强、早Albian时期由强逐渐减弱（图1）。更为重要的是，本次识别出了Aptian晚期（118–113 Ma）的陆地气候变冷事件，这中断了白垩纪中期全球记录的气候变暖趋势。

图1 阜新地区早白垩世陆地古气候重建与全球对比

　　（2）阜新盆地源–汇体系指示其沉积充填从早Aptian时期（~九佛堂组）逐渐加强，至晚Aptian时期（~沙海组）沉积中心逐渐往盆地东部迁移且湖盆范围不断扩大。在此过程中，源区物源供给逐渐趋于稳定、源区化学风化程度明显增强、盆地湖平面逐渐升高（图2）。同时，孢粉组合中代表高海拔的松杉与松柏含量自早Aptian时期（25.8%与22.7%）到晚Aptian时期（12.2%与1.8%）大幅降低，推断约119 Ma左右阜新地区古地貌发生显著变化（图2），可能与医巫闾山快速抬升过程中大陆风化程度增强有关，此时辽西地区生物群落由热河生物群演替成阜新生物群。

图2 阜新地区源–汇体系和古地貌演变与古气候的关系

　　（3）早白垩世陆相和海相高分辨率记录揭示了几乎一致的长周期全球气候趋势（图2），主要是由板块构造、大规模火山与大陆风化等作用引起。本研究的陆相记录表明，晚Aptian时期（118–113 Ma）发生过一次中断白垩纪中期变暖的降温事件，这与全球海相记录一致（图1）。晚Aptian时期明显增强的大陆化学风化作用下，医巫闾山快速抬升与剥蚀使其高海拔古地貌急剧下降。大陆化学风化作用的增强和SE向板块漂移作用的减弱导致大气CO2浓度和古地理格局的变化（图3），可能最终诱发了晚Aptian时期的气候变冷。因此，本研究认为与大陆风化和板块漂移有关的晚Aptian时期气候变冷与高海拔古地貌大幅降低，可能是热河生物群向阜新生物群过渡的潜在诱因。

图3 全球白垩纪时期古地理格局与板块构造重建

　　本项研究重建了辽西地区早白垩世高分辨率陆地古气候，揭示了其驱动机制，为探索早白垩世中国东部板构造块运动过程、热河生物群灭亡、东部高原消亡、大洋缺氧事件等重大地质事件提供了新视角，有助于揭示不同时空尺度的长周期构造–气候–生物回馈机制。本研究得到了国家自然科学基金项目（41772114）、基本科研业务费项目（J1803）和中国地质调查局地质调查项目（DD20160120-9）的共同资助。该项成果近期发表于国际知名地学期刊GSA Bulletin：Jianliang Jia*, Changsheng Miao, Wenquan Xie, 2022. Terrestrial paleoclimate transition associated with continental weathering and drift during the Aptian–Albian of East Asia. GSA Bulletin, in press. https://doi.org/10.1130/B36253.1。