近日，中国科学院海洋研究所万世明团队在Nature旗下地学期刊Communications Earth & Environment（中国科学院一区top）发表了题为“Precessional variation of monsoon-controlled silicate weathering caused steady atmospheric carbon dioxide consumption during glacial periods”的重要研究成果。该研究基于海洋沉积物重建了过去40万年以来东亚季风区的硅酸盐风化演变历史，发现了季风降水对于陆地风化的强烈影响。季风降水带在南北半球间的往复移动引发的风化变化，使得第四纪冰期期间通过风化作用消耗的大气CO2的量维持相对恒定。
人类活动引起的碳排放是当今大气CO2含量急剧升高的主要因素。自第二次工业革命以来短短一百多年间，大气CO2含量迅速从约280 ppm增长到430 ppm。然而在晚第四纪长达十万年之久的冰期-间冰期旋回中，CO2含量变化的最大振幅仅约为120 ppm。显然，人类活动已将地球气候演变拖离其原有的轨道。急剧升高的大气CO2含量所导致的全球变暖、降水再分配、冰盖消融以及海平面上升等，对人类的生存和发展构成了严重的威胁。在人类活动与地球自身气候演变规律的叠加下，地球终究会走向何方？明确地质历史上碳循环的驱动机制是回答该问题的重要一环。
冰期-间冰期尺度上，大气CO2含量变化同时受控于海洋与陆地的碳收支。过去数十年间，基于海洋碳埋藏和释放过程来解释大气CO2含量变化的理论一直居于统治地位。相比之下，陆地硅酸盐风化作为全球碳循环的一个净汇，却没有得到足够的重视。究其原因，主要是由于诸多记录所重建的风化演变趋势有很大的争议。太平洋和印度洋锇同位素、大西洋铅同位素以及以色列石笋锂同位素重建结果表明，陆地硅酸盐风化历史为冰期减弱而间冰期增强，认为其主要受到温度变化的控制。但与此相对，诸多季风区风化重建工作显示，硅酸盐风化受到季风降水的强烈影响。这些争议是我们一直无法准确评估在冰期-间冰期旋回中，硅酸盐风化对大气CO2含量变化做出多少贡献的主要原因。
针对该问题，中国科学院海洋研究所联合同济大学、瑞典隆德大学、伦敦大学学院及中国海洋大学研究人员，依托来自东海东北部国际综合大洋钻探计划（IODP）U1429站位沉积物中的同位素-元素地球化学记录，重建了过去40万年以来东亚北部的陆地硅酸盐风化演变历史，并通过对全球现代河流沉积物地球化学数据集的再分析，以及全球其他区域硅酸盐风化记录的对比，结合古气候-风化模型模拟，定量估算了冰期旋回中硅酸盐风化所吸收的大气CO2的量。
研究结果显示，东亚、南亚以及非洲季风区的硅酸盐风化强度随着岁差周期波动，且主要受到季风降水演变的控制。在冰期，通过硅酸盐风化作用消耗的CO2的量低于间冰期，这主要是冰期较低的温度所导致。但值得注意的是，冰期的风化碳消耗却保持在相对稳定的水平。我们推测，冰期冰盖的扩张将较强的硅酸盐风化区域限制在中-低纬度区域。随着岁差调控的南北半球的太阳辐射量变化，降水带及其所引起的陆地硅酸盐风化带，在南北半球间往复摆动，相对稳定的风化面积产生了相对恒定的CO2消耗量。该冰期-间冰期尺度季风气候变化对全球硅酸盐风化调控的理论，有助于我们深入理解地质历史上和未来硅酸盐风化在全球碳循环中扮演的重要角色。
论文第一和通讯作者为中国科学院海洋研究所副研究员赵德博。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和中国科学院战略先导专项等的联合资助。
论文信息：
Zhao, D.*, Wan, S., Huang, X., Lu, Z., Clift, P.D., Li, D., Liu, X., Yang, Y., Jiang, S., Lin, A. Precessional variation of monsoon-controlled silicate weathering caused steady atmospheric carbon dioxide consumption during glacial periods. Commun Earth Environ 6, 505 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02498-5
