近日，中国科学院海洋研究所古海洋与古环境研究组和海洋沉积与古气候研究组在Nature旗下地学期刊Communications Earth & Environment发表在线论文，通过耦合全球地球化学模型与多种机器学习算法，重建了过去70万年内印－太交汇区地表硅酸盐风化通量的演变历史，进而量化了海平面变化对硅酸盐风化过程的影响，并揭示了强降水在冰期风化碳汇效应增强中的协同作用，这为理解第四纪冰期－间冰期旋回中关键区域碳循环的调控机制提供了新视角与新方法。

印-太交汇区是全球最重要的碳汇区域之一，这里宽广的陆架、较高的温度和充沛的降水，使其具有成为第四纪冰期－间冰期旋回中地表硅酸盐风化碳汇的潜在可能。但前人针对该区域的相关研究工作较少，仅基于少数钻孔记录零星地探讨了海平面变化对冰期时陆架风化作用的影响，进而难以从整体上准确评估印－太交汇区陆架风化在第四纪冰期－间冰期旋回中的碳汇效应。针对该关键科学问题，本研究首先基于地球化学模型GEOCLIM，并结合HadCM3古气候模型数据集，模拟了过去12万年内该区域地表硅酸盐风化通量的演变历史。其结果显示：冰期时的风化通量普遍高于间冰期，其平均增幅约为6%，而在极端低海平面时（如距今5.8万年左右）的增幅可达33%（图1a）。这一变化与冰期时巽他等陆架的广泛暴露密切相关，表明海平面的下降显著促进了该区域的地表硅酸盐风化过程。

图1 GEOCLIM模型的主要输入与输出结果

此外，为了查明多个冰期－间冰期旋回中研究区的风化演变历史，本研究引入了多种机器学习方法（如随机森林、集成学习及深度学习神经网络），对过去70万年内的风化通量进行了系统重建。其模拟结果表明：风化通量与海平面变化间具有显著的负相关性，并表现出明显的10万年周期（图2e）。这从数据驱动角度进一步印证了海平面波动对该区域硅酸盐风化过程的重要调控作用。

图2 机器学习模型的主要输入与输出结果

本研究还进一步评估了不同的降水条件对印-太交汇区硅酸盐风化作用的影响，其结果显示：在极端低海平面时期（如距今5.8万年左右），若叠加上基于模型输出和岩芯记录的显著降水增强条件，研究区硅酸盐风化通量的提升幅度更是高达54~130%（图3）。这说明第四纪冰期时除了海平面下降所提供的背景条件之外，水文条件的增强亦是推动硅酸盐风化碳汇效应增强的关键因素，二者共同塑造了此时印-太交汇区的重要碳汇角色。

图3 冰期印－太交汇区硅酸盐风化对不同降水条件的响应

本研究基于地球化学模型模拟与机器学习算法的融合，系统探讨了第四纪冰期－间冰期旋回中印－太交汇区的硅酸盐风化演变历史及其碳汇效应。当海平面下降时，研究区内宽广陆架的出露提供了硅酸盐风化作用增强的前提条件，而强降雨则进一步促进了该反应的进程。在二者的协同作用下，印－太交汇区在第四纪冰期阶段成为重要的碳汇，并对大气中温室气体CO₂浓度的降低产生了不可忽视的贡献。该成果不仅深化了学术界对于热带硅酸盐风化碳循环过程的理解，也为综合利用多学科方法深入研究全球变化机理提供了重要参考。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所杨逸飞博士研究生，通讯作者为徐兆凯研究员和赵德博副研究员，共同作者为万世明研究员。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项（B类）等项目的联合资助。

论文信息：

Yifei Yang, Zhaokai Xu*, Debo Zhao*, Shiming Wan, 2026. Rainfall amplified sea-level control on silicate weathering in the Indo-Pacific Convergence Zone during Quaternary glacials. Communications Earth & Environment. https://doi.org/10.1038/s43247-026-03219-2