晚古生代大冰期是显生宙持续时间最长的一次冰室气候时期，也是唯一一次地球具有复杂陆地-海洋生态系统以来气候由冰室完全转变为温室状态的地质时期。近来，针对晚古生代大冰期，尤其在中-高纬度区域冰川的时空分步、冰期启动与消亡机制、地球系统内部的关联-响应以及对生物多样性的影响等方面，已有大量的研究工作被报道。然而，针对晚古生代大冰期演化过程中水循环的响应多基于数值模拟研究，对地质记录的研究却较少。
古气候模拟发现，冈瓦纳冰川体积与古热带区域的气候动力状态在不同时间时间尺度上都具有耦合关系。晚古生代的大气环流模型（general circulation models）表明冰川体积的增加会强化热带辐合带（Intertropical Convergence Zone）并导致古热带区域降水的增加。然而，气候模拟显示热带区域的降水也会随着温度和大气二氧化碳浓度上升而增加。目前，古热带区域的降水对晚古生代大冰期气候变化的响应认识有限。华南板块在晚古生代位于古赤道附近，孤立地位于古特提斯洋与泛大洋交汇处，无显著造山作用，有利于开展相关研究工作（图1）。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队高彪博士后，及其合作导师陈吉涛研究员，联合团队博士生辛浩、黄兴博士、郑全锋副研究员及南京大学胡科毅副教授，针对浙江省江山市晚石炭世的一套碳酸盐岩与碎屑岩混合沉积序列开展了详细的沉积学和生物地层学研究（图2）。研究建立了高精度的生物地层格架，并基于沉积岩相分析恢复了沉积环境及其演化过程，识别出了晚石炭世中-晚莫斯科期一次受气候变化影响导致的水循环增强事件。研究成果近期发表于国际期刊《全球和行星变化》（Global and Planetary Change）。
研究人员基于牙形刺与
生物地层限定藕塘底剖面沉积属于中-晚莫斯科期，并通过详细的沉积学研究分析，表明其主体为一套浅水碳酸盐缓坡沉积，间断性地受陆源碎屑沉积体系影响。藕塘底剖面下部为浅水的、相对海平面波动幅度较小的潮间-潮上带沉积岩层；而上部地层为相对深水的、相对海平面波动幅度较大的潮下沉积体系，并且发育一套异常（厚度达5米）的含砾砂岩沉积，指示增强的陆源碎屑输入（图3）。这一陆源碎屑输入增强事件同样在华南板块的马底驿剖面、华北板块及土耳其等古特提斯区域剖面中有显示。
综合同时期的古气候变化（北美Maritimes盆地和俄罗斯Moscow盆地）、全球海平面波动幅度变化、欧美大陆煤炭沼泽面积变化及冰期变化记录，研究认为藕塘底剖面的异常砂岩层为晚古生代大冰期气候变化导致陆源碎屑输入增强的一次水循环增强事件（图4）。
该项研究得到国家自然科学基金和中国科学院先导科技专项B类联合资助。
文章相关信息：Gao, B., Xin, H., Huang, X., Hu, K.Y., Zheng, Q.F., and Chen, J.T.* (2022), A record of enhanced water cycle in the late Paleozoic icehouse, Global and Planetary Change. 218, 103957. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103957.
图1 华南板块构造、晚石炭世古地理及研究区位置图件
图2 晚石炭世藕塘底剖面详细的沉积柱状图
图3 晚石炭世藕塘底剖面地层沉积环境及演化过程。（A）对应剖面下部-16m至-3.8m区间；（B）对应剖面上部3.8-34 m区间。
图4 （A）晚石炭世晚莫斯科期沉积、古气候、海平面变化幅度及冰川记录综合对比图；（B）晚莫斯科期古气候带的变化。
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