地球历史气候变化深刻影响了陆生系统结构和功能的演化。尽管植物化石、煤以及蒸发岩等沉积记录能够定性指示气候变动，但量化地球历史气候干湿程度和变化却是个难题。华南板块不仅拥有丰富的古海洋沉积记录，还有数亿年来构造-气候-生态协同演化的记录。
最近，天津大学地球系统科学学院刘学炎课题组发现华南地区下寒武统牛蹄塘组平引剖面黑色页岩具有较高的硝酸根离子（NO3-）含量（平均2.4 ± 3.8 mg N kg-1）和17O同位素异常（∆17O值平均11.0 ± 7.4 ‰）。结合现代海洋和陆地土壤和沉积物NO3-含量和∆17O值综合分析，推断其中的NO3-源于华南板块构造隆升后发生干旱气候时期的大气NO3-保存和积累，而非古海洋NO3-残留和现代地表大气和土壤NO3-下渗所致。结合沙漠土壤NO3-的∆17O观测数据、古气候数据、煤和蒸发岩沉积记录数据，并运用机器学习模拟了华南显生宙千万年分辨率的干湿程度，较好地重建了三次重要的气候转变：1）寒武纪-奥陶纪干旱气候向志留纪-二叠纪湿润气候的转变，2）二叠纪-三叠纪之交干旱气候向中三叠世-早侏罗世湿润气候的快速转变，3）侏罗纪-白垩纪-古近纪干旱气候以及晚白垩世极端干旱气候向新近纪以来湿润气候的转变（图1）。
图1. 华南气候干湿程度变化
该研究基于新的同位素地球化学证据和多学科交叉方法，实现了华南显生宙干湿程度和交替模式的定量约束，有助于理解地球气候动态与生物事件（如生物大灭绝、陆生植物的演化）以及生物地球化学循环转变之间的关系。论文于2024年10月26日在AGU旗下Geophysical Research Letters发表，天津大学2020级博士生范伟国为第一作者，合作作者贵州师范大学周明忠教授、北京大学胡永云教授、中国科学技术大学沈延安教授以及天津大学宋韦教授和刘丛强院士指导和参与了这项研究。该研究致谢国家自然科学杰出青年基金（42125301）、重点基金（42330505）和基础科学中心项目（42488201）的资助。
论文信息：Wei-Guo Fan, Xue-Yan Liu*, Mingzhong Zhou, Wei Song, Yongyun Hu, Yanan Shen, Cong-Qiang Liu. (2024) Sedimentary 17O-nitrate evidence for Phanerozoic aridity and humidity oscillations in South China. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL111475. https://doi.org/10.1029/2024gl111475.
