在卡尼期气候变化期间，陆地径流出现短暂加剧的现象

三叠纪卡诺尼期水文与碳循环复杂互动研究，基于南华盆地Erguan剖面高分辨率有机地球化学数据，揭示三个陆源有机质输入激增事件与全球碳同位素负偏移的时空关联，证实火山CO2排放驱动的水文循环增强是碳循环扰动的主因。

　　

李慧文|黄一舟|宋海军|贾恩豪|崔兴谦|雅各布·达尔·科尔索|西尔万·里科兹|罗建明

中国地质大学地球科学学院，地质微生物学与环境变化国家重点实验室，武汉430074，中国

摘要

卡尼安雨季事件（CPE）是晚三叠世早期显著的水文气候扰动时期。这些变化的原因通常归因于温室效应的加剧。然而，CPE期间低纬度地区水文循环的时间动态仍知之甚少。在这项研究中，我们提供了来自南盘江盆地二官剖面的高分辨率有机地球化学数据，这些数据记录了三次全球范围内相关的碳酸盐碳同位素组成（δ¹³C）的负偏离。新的生物标志物数据，包括C₃₀莫雷烷（相对于其α,β-异构体）的相对丰度增加、基于二苯并呋喃的代用指标以及C₂₉甾烷的相对浓度（C₂₉/C_27-29甾烷）的增加，证实了三次陆地有机物输入的增强。值得注意的是，第一次脉冲与明显的δ¹³C负偏离同时发生，而随后的两次事件则明显滞后于δ¹³C的变化。这些事件与硅质沉积增加的时期相吻合，表明东特提斯洋的水文气候系统经历了动态且间歇性的扰动。总体而言，我们的数据揭示了CPE期间水文循环和碳循环之间复杂的相互作用，为理解气候变化及其后果提供了见解。

引言

卡尼安雨季事件（CPE，约2.34亿至2.32亿年前）代表了全球水文循环的显著加剧（Simms和Ruffell，1989年），这与三叠纪气候系统普遍的温暖和干旱条件形成鲜明对比（例如，Roghi等人，2010年；Dal Corso等人，2012年，2015年，2018年，2020年；Simms和Ruffell，2018年；Lu等人，2021年）。与CPE相关的水文循环加剧深刻地重塑了沉积环境，并对陆地和海洋生态系统产生了重大影响（Dal Corso等人，2020年综述）。例如，增强的水文活动促进了淡水系统的扩展和更广泛的三角洲环境的形成（Klausen等人，2019年），增加了硅质沉积物和陆地有机物向海洋盆地的输送（Hornung等人，2007a，2007b，Rigo等人，2007年；Jin等人，2020年），并引发了深水环境中浮游碳酸盐生产的广泛减少甚至停止（Hornung等人，2007b，2007年；Dal Corso等人，2020年，2024年；Jin等人，2020年，2022b年）。

普遍的观点认为，这些水文气候的加剧与Wrangellia大型火成岩省（LIP）及其他同期火山活动的温室效应有关（Dal Corso等人，2012年，2020年；Sun等人，2016年）。大规模火山喷发释放的CO₂可能导致了全球变暖和碳循环的紊乱，这与全球记录的地球化学特征一致（Dal Corso等人，2012年，2018年，2020年；Sun等人，2016年）。例如，锥形牙石磷灰石氧同位素组成（δ¹⁸O_ap）显示特提斯海域温度上升了约8°C（Hornung等人，2007a；Trotter等人，2015年；Sun等人，2016年）。同时，碳酸盐（δ¹³C_carb）和有机碳（δ¹³C_org）同位素记录了一系列负碳同位素偏离（NCIEs），这被广泛解释为火山碳释放的逐步脉冲（例如，Dal Corso等人，2015年，2018年；Sun等人，2016年，2018年；Miller等人，2017年；Lu等人，2021年；Tomimatsu等人，2021年；Li等人，2022c；Lestari等人，2024年；Haserbek等人，2025年）。这一解释得到了同期汞异常和全球范围内接近零的Δ¹⁹⁹Hg值的佐证（例如，Mazaheri-Johari等人，2021年；Zhao等人，2022年；Jin等人，2023年；Zhang等人，2025年）。

与这些事件相关的变暖可能加剧了蒸发和大气循环，从而加强了水文循环，并促进了从主要干旱条件向更湿润条件的转变（Dal Corso等人，2020年；Lu等人，2021年；Zhang等人，2024年）。尽管在多种沉积环境中普遍认可CPE期间降水和径流增加的证据（Roghi等人，2010年；Dal Corso等人，2012年，2015年，2018年，2020年；Simms和Ruffell，2018年；Lu等人，2021年），但其精确的时间模式及其与碳循环扰动的联系仍不清楚。具体来说，NCIEs所显示的全球碳循环的间歇性扰动是否与CPE期间降水和径流的增强脉冲在时间上同步尚不清楚。

南中国地块位于三叠纪时期的热带东特提斯洋（Scotese，2021年），为探索这些过程提供了关键的环境。该地区锥形牙石生物地层学、δ¹³C_carb化学地层学以及古温度重建的最新进展（Sun等人，2016年；Jin等人，2020年；Jia等人，2025年；Li等人，2025年）为高分辨率的气候和地球化学过程研究奠定了基础。在此基础上，我们对南盘江盆地的二官剖面进行了全面的有机地球化学研究。生物标志物数据揭示了三次陆地有机物输入的增强事件，我们认为这反映了河流径流和水文循环的动态加剧。值得注意的是，这些事件的时间与NCIEs之间存在复杂的关系（Jia等人，2025年），强调了CPE期间碳循环扰动和水文气候响应之间的紧密联系。这些发现为理解中生代地球气候演化中最重要事件之一的热带水文变异性机制和动态提供了新的见解。

地质背景

二官剖面（北纬27°15′59″，东经100°53′58″）位于平坝县，安顺市东北方向约40公里处，从古地理上看属于南中国地块内的南盘江盆地北部边缘。在晚三叠世时期，该地区位于东特提斯洋边缘的热带位置（图1A，B）。研究区间涵盖了盖查组（Gaicha Formation）和其上覆的三桥组（Sanqiao Formation）的最上部（图1C），这两组岩石均形成于热带环境。

材料与方法

从二官剖面共收集了56个新鲜岩石样本，其中55个来自三桥组，1个来自下伏的盖查组。为减少表面污染的风险，在分析前去除了所有样本的外表面。剩余材料被切割成约1立方厘米的碎片，依次用二氯甲烷（DCM）冲洗，然后在烤箱中干燥，并使用研磨机研磨至200目。

结果

16个代表性样本的Rock-Eval热解数据显示，T_max值介于420°C至440°C之间（平均值432.06 ± 6.60°C）。S1值从检测限以下到0.12毫克碳/克岩石（0.03 ± 0.03毫克/克）不等，而S2值介于0.02至0.45毫克碳/克之间（0.18 ± 0.12毫克/克）。总有机碳（TOC）含量通常较低，范围为0.05%至0.61%（平均值0.27 ± 0.11%）（图2A；补充表S1）。总体而言，二官剖面中石灰岩样本的TOC含量相对较低。

热成熟度评估

TOC > 0.3%（0.48 ± 0.08%，n = 11）的泥岩样本的T_max值非常一致，范围为431°C至440°C，平均值为436.3 ± 3.0°C（n = 11；图2A）。这些数据表明热成熟度相对均匀，接近石油生成的峰值窗口（Peters等人，2005年）。这一解释得到了生物标志物异构化比值的证实：C₃₁ α,β-藿烷的22S/(S + R)比值平均为0.58 ± 0.01（n = 33），而C₂₉甾烷的比值也为相似水平。

结论

南盘江盆地二官剖面的有机地球化学记录显示，在卡尼安雨季事件（CPE）期间，多个生物标志物指标出现了离散的间歇性变化。C₃₀ M/H和Pr/Ph比值的升高、C₂₉甾烷及DBF的相对浓度增加，以及S/H值的降低，共同表明了三次陆地有机物输入的增强，分别发生在朱利安晚期（事件1）、朱利安-图瓦利安边界（事件2）以及

数据获取

支持本研究的所有数据可通过Mendeley Data获取：https://doi.org/10.17632/3s77y55ws8.1

CRediT作者贡献声明

李慧文：撰写——初稿、可视化、调查、正式分析、数据管理。黄一舟：撰写——审稿与编辑。宋海军：撰写——审稿与编辑、资源提供。贾恩豪：撰写——审稿与编辑、资源提供。崔兴谦：撰写——审稿与编辑、资源提供。雅各布·达尔·科尔索：撰写——审稿与编辑、资金争取。西尔万·里科兹：撰写——审稿与编辑。罗建明：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供、项目管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42425305、42293290和42172031）的支持。