沉积地质研究院吴驰华研究员在Nature Communications上发表“白垩纪温室期中的多年冻土遗迹”研究成果

沉积地质研究院吴驰华课题组（PAGODA，Plateau and Global Desert Basins Research Group），依托国家自然科学基金和珠峰科学研究计划，联合国内外学者在Nature Communications（《自然-通讯》）上发表题为Permafrost in the Cretaceous supergreenhouse（白垩纪超级温室中的多年冻土）的研究成果，该研究小组发现了白垩纪高原沙漠中的多年冻土系统，揭示了极端温室气候背景下的冰冻圈过程。成都理工大学沉积地质研究院为该成果的第一完成单位，Rodríguez-López教授是第一作者，吴驰华研究员为唯一通讯作者，马超教授和唐闻强博士参与了该研究。此外，参与者还有英国苏塞克斯大学冻土实验室Julian B. Murton教授和美国田纳西大学诺克斯维尔分校环境生物技术中心Tatiana A. Vishnivetskaya博士。

在过去的46亿年里，地球的气候在寒冷(冰室期)和温暖(温室期)之间反复切换，人们普遍认为，在最热的环境条件下(超级温室期)，地球缺乏活跃的冰冻圈。多年冻土/永久冻土层是气候变化的放大器，随着多年冻土层解冻，细菌碳降解产生二氧化碳和甲烷，并为水生生态系统提供营养物质和碳。然而，在第四纪以前（深时）的地质记录中多年冻土存在的证据是有限的，甚至在超级温室期大陆是否存在“冰”也是一个极具争议的重大科学问题。

白垩纪始于1.45亿年前，结束于6600万年前，历经7900万年，被认为是两极无冰的典型温室气候期，但近年来对于白垩纪存在短暂冰川甚至是极地冰盖的猜想引起了越来越多的关注。根据前人提出的冰川或气候变冷证据，如冰筏碎屑、六水碳钙石的方解石假晶、冰川遗迹、全球海平面快速下降事件以及氧同位素正偏事件等诸多线索表明，在白垩纪温室气候期，存在着一些短周期的冰川活动。总的来说，这些研究揭示了极地和高海拔地区可能存在白垩纪冰冻圈。

在此背景下，吴驰华课题组在白垩纪东亚大陆的高原沙漠中识别出了多套多年冻土层，并开展了系统研究。借助基础沉积学、时间序列分析和模拟、以及微体古生物学分析等手段，最终确定在地球的典型温室气候期活跃冰冻圈是客观存在的，并与同时期北极和澳大利亚冰冻圈过程相一致，表明了全球海洋-大气系统的强烈耦合作用。同时，根据现代冻土层发育的纬度与高程之间的函数关系，认为白垩纪早期鄂尔多斯盆地腹地的古高程可能达到3000-4000米。此外，课题组进一步发现白垩纪多年冻土系统在亚热带的古纬度和3000-4000米的古海拔上分布有丰富的微生物群落，类似于现代中国新疆维吾尔自治区琼块勒巴什湖地区的风成-冻土系统。

该成果为“深时”古气候研究提供了新的视角，也为“超级温室期大陆是否存在活跃的冰冻圈”和“沙漠中是否能发育多年冻土层”这两个重要的科学问题提供了关键证据，并树立了典型案例。课题组认为，长期以来白垩纪无冰这一定势思维，实际上阻碍了冻土融化可为古海洋和古大气贡献碳和营养物质的探索。古代多年冻土遗迹的识别对于我们理解气候动力学和超级温室条件下的海-陆耦合至关重要，尤为重要的是，更新了我们对全球变暖引起的高海拔永久冻土融化反馈机制的认识。

白垩纪风成沙丘底积层砂岩中保存的多年冻土砂楔，鄂尔多斯盆地

Nature Communications文章首页

原文链接和DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35676-6

引用：Rodríguez-López, J. P., Wu, C*., Vishnivetskaya, T. A., Murton, J. B., Tang, W., Ma, C. (2022). Permafrost in the Cretaceous supergreenhouse. Nature Communications, 13(1), 1-15.

Nature Communications（《自然-通讯》，简称“NC”）为《自然》旗下子刊，主要出版自然科学领域的重要进展和高质量研究论文。基于科睿唯安2022年度发布的期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCR），NC的最新影响因子为17.694。