近日，国际地学刊物Global and Planetary Change《全球和行星变化》在线发表了中国科学院海洋研究所万世明研究团队在新生代大陆风化演化方面的最新研究成果。研究团队和英国伦敦大学学院等开展合作，基于中国大陆架科学钻探在南黄海获取的CSDP-1岩芯沉积物的研究，首次定量重建了晚上新世以来长江流域硅酸盐风化通量的演化历史，提出大河流域盆地尺度“地质空调”和“隆升风化”两种风化机制协同调控了晚新生代气候变化。

深海记录揭示新生代气候整体变冷，但是变冷机制不明确。喜马拉雅-青藏高原隆升引起的硅酸盐风化作用增强被认为是导致大气CO₂浓度下降和新生代变冷的重要原因。然而，硅酸盐风化如何响应构造和气候变化以及对全球碳循环的长期影响仍然不清楚，其中关键原因是缺乏亚洲大陆长时间尺度的风化和剥蚀通量的定量重建。

长江是发源于青藏高原东部的亚洲第一大河，跨越中国地形的三大阶梯，最终注入中国东部边缘海。因此，长江流域盆地的长期风化剥蚀历史的定量重建，对于评估青藏高原地区的风化碳汇效应及新生代气候变冷机制极其重要。相比于陆相盆地，海洋记录具有更好的区域代表性、沉积连续性和年代约束优势。南黄海是地质历史上长江的主要沉积汇，其保存的巨厚沉积物是重建构造时间尺度长江流域大陆风化剥蚀演化的宝贵材料。研究团队以南黄海陆架CSDP-1岩芯沉积物为研究材料，在前期物源和沉积环境研究的基础上，通过粘土组分的常微量元素组成和陆源通量分析，结合已发表的数据，重建了过去3.5 Ma（百万年）以来长江流域硅酸盐风化强度和风化通量的演化历史。

图1 研究区地质背景和研究站位图

结果显示，3.5 Ma以来长江流域的硅酸盐风化强度（程度）以及硅酸盐风化的CO₂消耗效率整体呈现下降趋势。同时，全球变冷和区域干旱度增强，表明气候变化对长江流域化学风化强度的变化起主导作用。综合多个长岩芯记录和区域地震资料重建的陆源物质通量，均呈现先减少后增加的趋势，反映了长江流域的大陆侵蚀通量由气候主导转变为构造控制。定量估算表明，晚上新世以来长江流域硅酸盐风化引起的碳消耗通量约在0.09-0.21 Tmol/yr变化，且其长期变化趋势类似于侵蚀通量，表明侵蚀通量是风化通量演变的一级控制因素，而化学风化强度的影响有限。晚上新世-早更新世晚期，长江流域构造相对稳定，由于全球变冷和区域变干，侵蚀通量和硅酸盐风化通量逐渐降低，CO₂的消耗减少，从而对气候起到负反馈作用；而早更新世晚期以来，流域构造相对活跃，驱动了侵蚀通量增强，硅酸盐风化导致的CO₂消耗增加，进而贡献了全球气候进一步变冷。

图2 晚上新世以来长江流域硅酸盐风化演化历史

结合以前的研究工作，研究团队认为，在长时间尺度上，大陆硅酸盐风化强度（程度）的变化主要受控于全球温度，而侵蚀通量则是控制硅酸盐风化通量即碳消耗的关键因素，风化通量受硅酸盐风化强度变化的影响较小。由于构造活动对侵蚀通量的重要控制作用，源自喜马拉雅-青藏高原的大型河流不同构造演化阶段对长期碳循环的影响可能是变化的。在较慢的侵蚀时期，由于构造相对稳定，硅酸盐风化主要响应于气候变化，对地球气候起到负反馈的“地质空调”作用；在快速侵蚀时期，很可能与构造相对活跃有关，硅酸盐风化消耗了更多的CO₂，从而构造隆升驱动着全球气候变冷。这一机制既解释了晚新生代全球气候的加速变冷，又避免了地球在几百万年内耗尽大气中的二氧化碳而温度失衡，从而这两种风化过程可能协同调控着全球气候长期变化。

图3 大河流域构造-气候-风化-碳循环联系的概念模型

本研究是迄今南黄海最长且连续的大陆风化剥蚀记录，对于揭示地球气候长期演变机制具有重要科学意义。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后张晋，通讯作者为万世明研究员。本研究得到了中国大陆架科学钻探计划、国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项、国家重点研发计划等的支持。

论文信息：

Jin Zhang,Shiming Wan*,Peter D. Clift,Hualong Jin,Zehua Song,Yi Tang,Zhaojie Yu,Kaidi Zhang,Jian Lu,Wenjun Jiao,Anchun Li,2025. Evolution of silicate weathering in the Yangtze River Basin since 3.5 Ma as archived in the East China Seas: Controlling factors and global significance. Global and Planetary Change 250,DOI: 10.1016/j.gloplacha.2025.104807

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092181812500116X