早二叠世至中二叠世，地球经历了距今最近的一次由冰室期到温室期的转变。在此期间，大气CO2浓度由～200 ppmv增加至～800 ppmv，海水增温近10℃，南半球的大规模冰川逐渐消融，低纬热带雨林大幅萎缩，海洋生物多次小规模灭绝。大多数研究认为，该时期全球增温与大规模火山活动导致的大气CO2浓度增加有关。但是，CO2主要来自俯冲带火山还是大火成岩省一直是争论的热点。现有的研究主要集中在海相沉积，缺乏长尺度陆地环境记录，亟待深入研究该时期全球变暖的原因及其对陆地环境的影响。
中国科学院地质与地球物理研究所 新生代地质与环境院重点实验室博士研究生王永达在导师 杨石岭研究员指导下，以华北鄂尔多斯盆地东北缘的一套早–中二叠世河湖相地层（下石盒子和上石盒子组）为主要材料（图1），开展了系统的年代学及环境指标分析，探讨了该时期华北板块的气候环境演化历史及其机理。
图1 研究区地质概况图。（A）早–中二叠世古地理图；（B）华北板块构造简图；（C）研究区卫星图；（D）研究剖面地层柱状图；（E–G）研究剖面照片
依据剖面中部两层凝灰质泥岩的锆石U-Pb年龄（276.0 ± 3.8 Ma和287.0 ± 3.0 Ma）和古地磁极性序列，结合前人报道的下石盒子组火山灰锆石U-Pb年龄，将剖面地层年代范围限定在～295–266 Ma，即早二叠世阿瑟尔期（Asselian）至中二叠世沃德期（Wordian；图2）。
图2 剖面地层年代框架。（A）锆石U-Pb年龄（红色箭头指示本研究年龄，剖面底界年龄引自Wu et al. (2021)）；（B）磁倾角；（C）磁偏角；（D）虚地磁极纬度；（E）剖面古地磁极性序列；（F）二叠纪古地磁极性年表（PPTS）；（G）沉积速率
地化指标分析结果显示，从295 Ma至266 Ma，随着全球增温，化学蚀变指数（CIA）值逐渐降低，揭示了华北板块长期的干旱化过程；有机碳同位素值（δ13Corg）也相应大幅度减小，暗示大气CO2浓度持续增加，与火山活动及相关过程密切相关（图3）。记录对比显示：1）～295–280 Ma及～270–266 Ma期间CIA及δ13Corg值大幅减小，对应于这两个时期强烈的大火成岩省活动；2）～280–270 Ma期间，δ13Corg及CIA值小幅减小，对应于弱的大火成岩省活动。相比较而言，泛大陆周缘的俯冲带火山活动则贯穿整个早–中二叠世。以上结果表明，大火成岩省释放大量CO2等温室气体，导致全球变暖及南半球冰消，进而引发了华北板块的干旱化。
图3 早–中二叠世研究区环境变化及与全球性事件对比。（A）剖面古地磁极性序列；（B）有机碳同位素组成（δ13Corg）；（C）化学蚀变指数（CIA）；（D）中值粒径（Md）；（E）总有机碳含量（TOC）；（F）大气CO2浓度；（G）海水温度；（H）冰川分布和持续时长；（I）冰川沉积数量；（J）俯冲带岩浆活动；（K）大火成岩省（LIP）；（L）二叠纪古地磁极性年表（PPTS）
全球变暖通过改变大气环流的位置显著影响地球水文气候。热带辐合带（ITCZ）作为地球上最大的雨带，在不同时间尺度上均随全球增温向更温暖的半球移动，从而导致低纬地区的降雨量显著变化。早二叠世至中二叠世，随着全球变暖，南半球冰川的北界由～30°S退缩至极圈之内，导致ITCZ向南移动，使得低纬华北板块（10–20°N）逐渐变干。
研究成果近期发表于国际学术期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（王永达, 杨石岭*, 张师豪, 黄晓芳, 孙敏敏, 丁仲礼. Early–middle Permian drying in the North China Block induced by large igneous provinces. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2022, 592: 110922. DOI: 10.1016/j.palaeo.2022.110922）。研究受基金委杰出青年基金项目（41725010）、中科院先导项目（XDB26000000和XDB31000000）、中科院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201905）共同资助。
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