四川盆地中侏罗统沙溪庙组古土壤发生学特征及其古气候意义

Deep-Time climate reconstruction is one of the most important parts in global changes research. In contrast to numerous reports on Deep-time marine climate, rare studies came from terrestrial paleoclimate in Deep-Time possibly due to the shortage of continental records, the paucity of continuous terrestrial deposits, and the rarity of reliable paleoclimate proxies. The Deep-Time paleosols can provide a convincing evidence for the Deep-Time terrestrial climate reconstruction. The paleosols interbedded in the Middle Jurassic Shaximiao Formation in Sichuan Basin were identified, while the pedogenetic properties and processes of paleosols were dealt with. Meanwhile, quantitative paleoclimates (i.e., mean annual precipitation (MAP) and mean annual temperature (MAT)) in Sichuan Basin during the Middle Jurassic (Shaximiao Formation) are inferred from the geochemical composition of paleosol horizons, depth to carbonate nodules, and the stable oxygen isotopic composition of pedogenic carbonates in paleosols. Atmospheric CO2 concentrations during the Middle Jurassic episode are also estimated from the paleosol barometer. Additionally, the formation mechanism between regional climatic change and global geological events is revealed. Therefore, this study might contribute to promoting academic development in Deep-Time paleosols and global change science.

深时气候重建是全球变化研究的重要组成部分。与深时海相气候研究相比，因陆地记录较少、沉积不连续及缺乏有效替代性指标，深时陆相气候报道相对匮乏，古土壤可为深时陆相气候研究提供有力证据。项目以四川盆地中侏罗统沙溪庙组地层中的古土壤为材料，重点研究古土壤发生学特征及其成土过程，同时利用古土壤的地球化学指数、钙质古土壤成壤碳酸盐结核深度及其氧同位素组成与年均降水量、温度之间的关系，定量恢复四川盆地中侏罗统沙溪庙组沉积时的年均降水与温度的变化；采用古土壤气压计，定量重建中侏罗统沙溪庙组沉积时大气CO2浓度的变化，揭示区域气候-环境变化的成因机制与全球重大事件的关联。本项目的实施可推动深时古土壤研究，充实过去全球变化研究。

深时陆地气候研究不仅可为当前及未来全球气候变化提供借鉴，也有助于了解宜居地球的演化与形成。距今1.74亿–1.63亿年前的中侏罗世期间，伴随着盘古大陆的裂解，剧烈的岩浆活动和大火成岩省以及西班牙通道（Hispanic Corridor）的拓宽和加深等事件深刻地影响着全球气候、生物和环境演变，同时，大小火流星撞击事件诱发了古气候环境灾变。然而陆相记录的缺乏限制了人类对中侏罗世陆地气候环境的认识。四川盆地出露有层序清楚、厚度较大且连续完整的中侏罗统地层，发育有数量众多、类型多样的深时古土壤，为开展中侏罗世气候变化研究提供了理想的场所和良好的材料。基于此，项目以发育自四川盆地中侏罗统沙溪庙组古土壤为研究材料，开展了系统的深时古土壤发生学研究和详细的古气候重建工作，并探讨了中侏罗世四川盆地古气候变化的驱动机制。项目已取得的主要认识如下：（1）结合深时古土壤的形态、微形态和地球化学等成土特征，摸清了四川盆地中侏罗统沙溪庙组古土壤为原生土（Protosol）、泥质原生土（Argillic Protosol）和钙质土（Calcisol）。（2）深时古土壤成壤碳酸盐结核深度、化学风化（CIA-K）指数、盐化指数和深时古土壤风化指数（PWI）等多重指标定量重建结果显示中侏罗统沙溪庙组沉积期间四川盆地年均降水为140–1140 mm，年均温度为11–14 °C，属温带干旱–湿润交替波动变化的气候环境。大气二氧化碳浓度较低，介于100–890 ppmv之间，具有较强的波动性。（3）四川盆地中侏罗世气候环境变化可能不仅与中侏罗世期间板块构造活动引起的盘古大陆裂解和东亚季风环流以及火流星撞击事件有关，还可能与中侏罗世期间区域构造运动导致的盆地内部山系隆起及古地理格局引起的焚风效应有关。上述认识在丰富深时古土壤学研究的同时，也有助于进一步认识中侏罗世陆地气候变化特征，为全面系统认识中侏罗世全球气候变化提供来自中国的陆相实证。