大陆硅酸盐风化是调节地质时间尺度全球碳循环和气候变化的关键负反馈机制。发生于早侏罗世托阿尔期（距今约1.83亿年）的“托阿尔期大洋缺氧事件（T-OAE）”是一次显著的全球增温事件，伴随大范围海洋缺氧和水循环加剧，被认为是典型的深时极热事件。作为全球气候调节的枢纽，低纬度硅酸盐风化对气候变化高度敏感。然而，受限于地质记录的空间异质性和定量代用指标的欠缺，低纬度化学风化对托阿尔期增温的响应过程及其动力学机制至今仍缺乏深入理解。
针对此问题，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员韩中，联合国内外科研机构的学者，通过分析早侏罗世低纬度浅海台地碳酸盐岩赋存的硅酸盐组分（酸不溶物），并将其镁同位素（δ26Mg）变化融入地球系统模型开展研究，发现了极热事件期间极端水文气候对大陆风化具有放大效应。相关研究成果于7月24日在线发表于国际地质学重要期刊《地质学》（Geology）。
研究团队对来自早侏罗世托阿尔期当时位于南半球（西藏Kioto碳酸盐台地）和北半球（意大利亚平宁碳酸盐台地）的两个低纬度剖面进行了镁同位素分析（图1）。研究发现，在普林斯巴阶-托阿尔阶（Pl-To）界线（~1.84亿年, 对应Karoo大火成岩省活动）之后，两个剖面均记录了镁同位素的显著正偏，且该偏移趋势与古海温的初步升高相吻合，指示大陆化学风化逐渐增强；此后该风化增强信号持续发展，并在T-OAE碳同位素负偏（NCIE）的启动阶段（对应Ferrar大火成岩省活动）达到高峰（图2），显示出明显的时间延迟响应。研究认为，Pl-To界线早期的碳排放并未立即引发全球风化系统的显著变化；相反，大气碳累积需要突破一个关键的临界点，进而触发T-OAE NCIE时期剧烈的气候环境危机，并将硅酸盐风化强度推向峰值。
为探究调控这一风化增强现象的物理机制，研究团队结合通用地球系统模型（CESM）进行了古气候模拟。模拟结果显示，在构造活动相对平静的低纬度地区，厚层土壤风化壳阻碍了下伏基岩与流体接触，使得单一的温度升高（即阿伦尼乌斯热效应）难以驱动显著的风化增强（图3）。然而，极热事件引发了极端的水文气候波动（如热带气旋、强降水及地表洪流等），会增强地表土壤覆盖层的剥蚀，使得下伏基岩暴露，从而极大增进了化学风化作用强度。
上述研究利用碳酸盐岩酸不溶物镁同位素证实了低纬度地区在极端温室时期的风化响应，从“土壤剥蚀-风化耦合”的视角，阐明了极端水文事件在加速地球气候自我调节（风化碳汇）中的作用。该研究为理解深时极热事件中气候系统与地球化学循环的非线性耦合关系提供了重要的理论支撑。
该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金外国学者研究项目、意大利大学与研究部基金以及国际地球科学计划（IGCP 739）等项目的联合资助。
论文相关信息： Han, Z.*, Hu, Z., Guo, J., Parente, M., Kemp, D.B., Remírez, M.N., Yuan, S., Li, X., Hu, Y., Jenkyns, H.C., Chen, X., Franceschi, M., Hu, X.*, 2026. Magnesium isotopes reveal hydroclimatically amplified low-latitude weathering during the early Toarcian. Geology, https://doi.org/10.1130/G54555.1.
图1. 托阿尔期（Toarcian）古地理图。图中展示了两个低纬度剖面（西藏年多、意大利Mercato San Severino剖面）位置，以及Karoo、Ferrar大火成岩省、风暴沉积记录（黄色点）的分布
图2. 早侏罗世地层学和地球化学综合对比图。展示研究剖面镁同位素（δ26Mg）的正偏趋势，及其与碳同位素（δ13C）、风暴沉积记录、古温度变化以及大火成岩省（Karoo和Ferrar）活动的关系
图3. 气候模拟结果与大陆风化演变概念模型。 上图（A-D）为基于CESM模型模拟的在不同大气CO2浓度下，全球年均地表温度与降水量的空间分布变化；下图（E-F）展示了气候变化驱动大陆风化增强的物理机制，即极端水文事件（如台风、强降水形成的径流）剥蚀地表土壤层，使下伏新鲜基岩暴露，从而加剧化学风化并导致镁同位素偏移的耦合过程
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