早阿普特期（Early Aptian）高温事件期间大陆风化作用减弱：中国东部一个山间盆地内陆地气候的地形调节作用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Reduced continental weathering during an Early Aptian hyperthermal interval: Topographic modulation of terrestrial climate in an intermontane basin in East China

本研究整合早白垩世贾家崂盆地下白垩统志丰满组和寿南山组的palynological（花粉学）、geochemical（地化学）及clay mineral（黏土矿物）数据，探讨古地形、气候、植被与化学风化的耦合演变。通过分析超热事件期间的地形对水分分布的影响，揭示了山体屏障在调节内陆湿度、植被结构和风化强度中的作用，为理解白垩纪温室气候下地形与气候的相互作用提供了实证依据。

　　

张向宇|纪晓宇|魏子琪|于家辉|贾法里安|王文霞|秦敏|王晓丽|李守军|赵秀丽|王艳|张俊强|韩先亮|张守福|王璐雅

中国山东省临沂市临沂大学生命科学学院，276000

摘要

东亚大陆的白垩纪河流-湖泊地层保存了宝贵的中纬度古气候记录，这些记录揭示了陆地生态系统对温室气候变化的响应。在本研究中，我们整合了来自中国东部胶莱盆地下白垩统芝峰庄组和水南组的孢粉学、地球化学和黏土矿物学数据，以探讨古地形、气候、植被和化学风化的耦合演化过程。

在水南组下部发现了一个早阿普特期的高温期，其特征是温度升高和有效湿度降低，这一结论是通过多种指标得出的，包括化学风化指数、成分变化指数和孢粉组合。植被的垂直层序表明，沉积作用发生在具有明显地形起伏的山区盆地中，东部的高山带局部限制了水分的供应。

在这一时期之后，多种指标显示气候条件趋于湿润，地形对气候的限制作用减弱。水分供应的增加降低了地形对气候的影响，使得更大范围的气候因素主导了区域环境特征。这些发现表明，在温室效应导致的高温事件中，地形会加剧陆地的水分压力；而在危机后的湿润条件下，地形的影响则减弱，这反映了大陆对早白垩世变暖的非线性响应。

引言

白垩纪的海洋沉积记录为识别大规模气候事件（如海洋缺氧事件OAEs）提供了宝贵的信息（例如，Jenkyns, 2010; Laurin et al., 2019; Steinig et al., 2020; Chen et al., 2021）。然而，这些记录主要反映了海洋系统对气候变化的综合响应，因此在解析大陆表面环境中的气候变异性方面能力有限。因此，大陆内部短暂温室效应的表现仍不甚清楚。

大陆沉积记录形成于特定的地形和水文背景下，通常对温度、降水和大气水分输送的变化更为敏感。因此，它们能够提供关于气候强迫在区域环境中的表现的重要信息。在温室条件下的短暂变暖期间，地形起伏及其相关的气候效应可能影响了水分的空间分布，从而影响区域湿度、化学风化强度和植被结构。这些过程仅凭海洋记录难以验证，需要借助保存完好的陆地记录来进行评估。

东亚拥有广泛的白垩纪河流-湖泊地层，记录了温室气候下的大陆环境状况。随着大陆记录的扩展，一些最初在海洋记录中发现的极端气候事件也在东亚的陆地地层中得到了证实（例如，Gao et al., 2015; Wang et al., 2016a; Zhang et al., 2016a, Zhang et al., 2016b; Zhang et al., 2022; Fan et al., 2021; Nakagawa et al., 2022; Qin et al., 2024; Lu et al., 2025）。基于日本、朝鲜半岛、内蒙古南部以及中国多个内陆盆地的陆地记录的代表性研究进一步揭示了显著的区域气候变异性。这种变异性表现为反复出现的干湿周期（例如，Kim et al., 2009; Huang et al., 2011; Suarez et al., 2013; Xiang et al., 2015; Jia et al., 2023; Zhang et al., 2025; Song et al., 2026; Tucker et al., 2025; Jia et al., 2026），以及蒸发湖和沼泽系统的发育（Hasegawa et al., 2013; Li et al., 2013; Suarez et al., 2017; Zhang et al., 2021a; Wheeler et al., 2022; Stoepke et al., 2026）和沙漠环境的形成（Xu et al., 2013; Wu et al., 2017; Cao et al., 2020, Cao et al., 2023; Wang et al., 2025; Li et al., 2025）。

区域古地形长期以来被认为是影响东亚白垩纪气候模式的重要因素（Farnsworth et al., 2019; Zhang et al., 2021b; Zhang et al., 2023a, Zhang et al., 2023b; Wang et al., 2022; Wu et al., 2024; Yu et al., 2025）。大规模的构造过程，包括岩石圈变薄以及与西太平洋俯冲作用相关的高原和山脉的形成，可能影响了大气环流和水分输送路径，从而导致了干旱程度和环境条件的空间差异（Farnsworth et al., 2019; Zhang et al., 2016a, Zhang et al., 2016b; Wu et al., 2017; Cao et al., 2020; Zhang et al., 2021b; Zhang et al., 2023a, Zhang et al., 2023b; Wang et al., 2024a; Li et al., 2024; Guo et al., 2025; Chen et al., 2025）。因此，东亚内陆的气候响应存在空间差异，这突显了在明确地形背景下进行盆地尺度研究的重要性。

尽管普遍认为中国东部在白垩纪具有“东高西低”的地形特征，但其确切配置仍存在争议（例如，ZhZhang et al., 2008a, Zhang et al., 2008b; Qu et al., 2024; Guo et al., 2025）。尽管进行了多项尝试（Zhang et al., 2016a, Zhang et al., 2016b; Zhang et al., 2021b; Zhang et al., 2023a, Zhang et al., 2023b; Li and Zou, 2017; Ding et al., 2019, Ding et al., 2023; Wang et al., 2024b, Wang et al., 2025; Li et al., 2024; Qu et al., 2024; Yu et al., 2025; Guo et al., 2025），但由于缺乏可靠的地质数据来重建这一古地理并评估其气候影响，人们对地形如何影响内陆气候的理解仍然有限。迄今为止，整合特定盆地古生态学和地球化学证据的实证研究仍然很少，从而限制了我们对古地形如何通过调节水文循环（例如通过雨影效应）影响内陆盆地化学风化和植被分布的理解，尤其是在应对短期高温事件时的影响。

本研究提供了来自胶莱盆地下白垩统莱阳组的新孢粉数据，并结合了元素地球化学和黏土矿物学研究，以探讨早白垩世古植被、气候、化学风化和盆地尺度地形的耦合演化过程。通过关注一个在山区环境中沉积的河流-湖泊地层，我们旨在评估古地形如何调节水文气候条件，并影响在可能与OAE1a相关的短暂高温期内的陆地环境响应。这种综合方法为地形屏障在调节内陆东亚水分供应、植被结构和风化强度中的作用提供了实证见解，从而加深了对温室条件下区域古地理因素对大陆气候变异性的理解。

部分摘要

区域地质背景

根据全球古地理重建，早白垩世时胶莱盆地位于华北克拉通和华南克拉通之间的缝合带，处于中纬度的亚热带干旱气候带（Boucot and Scotese, 2012; 图1A）。这条缝合带被Tanlu断层带分为西部的秦岭-大别造山带和东部的苏鲁造山带（Leech and Webb, 2013; 图1B）。在这个构造框架内，胶莱盆地...

野外工作和采样

地球化学和孢粉学样本沿着从K₁z底部延伸到K₁s顶部的东西向露头进行采集。

共获得了179个新鲜岩石样本用于地球化学和黏土矿物分析。其中，45个样本来自K₁z的灰黑色、灰绿色和紫红色页岩及泥岩；134个样本包括黑色、灰色、灰绿色和黄色页岩以及白云岩...

孢粉组成和保存状况

在从K₁s采集的78个孢粉样本中，32个样本含有丰富多样的大陆孢粉组合，而其余46个样本由于孢粉浓度低而被排除在统计分析之外。在K₁z的36个样本中，只有17个样本含有足够数量的孢粉化石可供分析。补充表1提供了可解释的孢粉数据。

大多数孢子和花粉粒保存完好，尽管有些标本...

早白垩世温暖期的大陆风化响应

化学风化指数（CIA）和成分变化指数（ICV）等地球化学指标被广泛用于评估白垩纪期间大陆化学风化的长期变化（例如，Gao et al., 2021; Jia et al., 2023; Wang et al., 2024b; Zhang et al., 2025），包括与海洋缺氧事件1a（OAE1a）大致相关的时期（Nú?ez-Useche et al., 2015; Gutiérrez-Puente et al., 2022）。通常，较高的CIA值被解释为...

结论

本研究整合了孢粉学、地球化学和黏土矿物学数据，以评估早白垩世阿普特期胶莱盆地中的古地形如何调节陆地气候、化学风化和植被动态。主要结论如下：

(1)

胶莱盆地是一个被东部高地环绕的山区盆地，可能与沿海山脉系统有关，导致显著的空间异质性

作者贡献声明

张向宇：撰写初稿、可视化、软件使用、项目管理、方法论设计、研究实施、资金筹集、数据管理、概念构思。纪晓宇：撰写初稿、方法论设计、研究实施、数据管理。魏子琪：软件使用、方法论设计、研究实施、正式分析。于家辉：撰写与编辑、验证、监督、数据管理、概念构思。贾法里安：撰写与编辑、可视化、验证、监督

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的研究结果。

致谢

作者感谢匿名审稿人和编辑沈树忠教授提供的宝贵意见和建设性建议，这些意见极大地提高了论文的质量。本研究得到了中国国家自然科学基金（42302007, 42572027）、山东省自然科学基金（ZR2022QD085）以及山东省高等学校青年教师创新计划（2024KJG059）的财政支持。