陆地风化在碳消耗中的作用及其自上一个间冰期以来对全球碳循环的影响

古老岩石为何与今天的气候相关

谈到气候变化，我们通常会想到烟囱和森林，而不是岩石的缓慢风化。然而，雨水和植物根系溶蚀陆地表面的方式，将大气中的碳悄然输送到河流与海洋，有助于在数万年尺度上稳定地球气候。本研究提出了一个看似简单的问题：在过去约12万年间地球在冰期与温暖期之间摆动时，这种“岩石风化”对全球碳循环以及大气二氧化碳（CO2）浓度的涨落究竟有多大影响？

重新演绎12万年岩石—水相互作用的新方法

作者构建了一个名为PCM‑weathering的新计算框架，用以重建自上一个间冰期以来陆地风化消耗了多少CO2。他们将已有的全球植被与碳模型与详细的岩性地图及一个对温度、降水、大气CO2和海拔裸露程度敏感的风化模块相结合。这样可以逐格追踪森林、土壤与气候如何协同溶蚀两大类岩石：硅酸盐岩（如花岗岩和玄武岩）与碳酸盐岩（如石灰岩），两者在长期碳储存方面有截然不同的后果。

两类岩石，两种相反的节奏

模拟显示硅酸盐岩与碳酸盐岩随气候变化呈现不同的节律。硅酸盐风化会把大气CO2永久封存为新的海洋矿物，在温暖潮湿的间冰期更为强烈，在寒冷干燥的冰期减弱。其全球碳摄取率在约每年1.19亿至1.63亿吨碳之间波动，最高活动出现在亚马孙、中非、南亚与东南亚以及中国南部等湿润热带地区。相比之下，碳酸盐风化通常在更长时间尺度上将CO2循环回大气，反而在冰期加强。随着海平面下降，富含碳酸盐岩的广阔大陆架在热带周边尤其是东南亚地区暴露出来，更多的降雨与土壤水溶蚀这些岩层，使得冰期极端时碳酸盐风化增至约每年3.03亿至3.20亿吨碳，几乎是某些间冰期数值的两倍。

气候、海岸线与森林：隐藏的杠杆

通过敏感性实验，研究团队分离出推动这些变化的关键因素。对于硅酸盐岩来说，在大部分冰期循环中，大气CO2本身是主要控制因子：更高的CO2促进植被生长并提升土壤CO2，从而加速岩石分解；降水进一步放大了这一效应，而较低的温度则倾向于减缓它。然而在更为稳定的全新世时期，温度和降水对硅酸盐风化的重要性超过了CO2。碳酸盐风化则讲述了另一种故事：主导因素是随着冰盖消长与海平面起伏而暴露的陆地面积。冰期低位时新裸露的大陆架成为碳酸盐溶蚀的热点，而温暖期海平面上升则淹没这些平台，降低其贡献。

风化在碳平衡中安静却强大的作用

当作者将整个冰期循环期间的数值累计时，发现硅酸盐与碳酸盐风化消耗的碳总量远超森林、土壤与海洋中储碳的净变化。在上一个间冰期与上一个冰期期间，碳酸盐风化移除的碳大约是硅酸盐风化的两倍，且因大陆架曝露扩大，冰期时的摄取尤为显著。尽管碳酸盐风化所消耗的大部分CO2最终会经由海洋化学返回大气，这些通量仍在数千年尺度上重塑碳在陆地、海洋与大气之间的分配。研究还表明，植被格局强烈调节风化在何处及何时最为剧烈，强调了热带森林作为长期碳抽取引擎的重要性。

对我们未来的含义

展望未来，模型表明随着人为驱动的增温促进植物生长和土壤活性，陆地化学风化将在所有未来排放情景中加强。在高排放路径下，到2100年全球硅酸盐与碳酸盐风化通量可能翻倍以上。这种加速不会在人的时间尺度上抵消快速的人为CO2排放，但它将在数千年尺度上作为一个缓慢的、自然的刹车作用于大气CO2。该研究对非专业读者的主要信息是：地球的岩石外壳并非惰性；它是一个对气候敏感的主动系统。随着冰盖的前进与后退、海岸线的移动以及森林的扩张或收缩，硅酸盐与碳酸盐风化之间的平衡不断重写地球的碳账目，有助于在深远的时间尺度内将气候维持在可居住的范围内。

引用: Xu, S., Wu, H., Yuan, Y. et al. The role of land weathering in carbon consumption and its impact on global carbon cycling since the Last Interglacial period. Sci Rep 16, 14575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44594-2

关键词: 化学风化, 冰期—间冰期循环, 碳循环, 硅酸盐与碳酸盐岩, 气候反馈