人类活动引起大气二氧化碳浓度显著升高，地球很可能从现今的冰室演化为温室气候状态。当前国际科学界面临的重大科学命题就是：地球如何从冷变暖进入温室状态的? 在这过程中地球内部、外部圈层的变化及其相互关系是什么样的？目前地球经历的气候变化在人类时间尺度中没有先例。为更好的了解当前和今后地球气候发展趋势，需要剖析冰室消亡过程的深时记录，为预测未来气候变化趋势及其可能造成的影响提供科学依据。约发生在3亿年前的晚古生代冰期记录了地史中唯一一次在植被覆盖的情况下冰川由盛转衰的过程，使其成为最接近地球当前气候状态的重要深时模板（图1），但其消亡的触发机制和详细过程仍存大量争议。

针对上述科学问题，我校海洋学院吴怀春教授及其团队成员房强教授，联合天津大学陈玖斌教授和郑旺教授、加拿大卡尔加里大学Stephen E. Grasby教授、中国科学院院士南京大学沈树忠教授、我校黄文韬博士、许俊杰博士以及张世红教授等国内外同行，基于华北陆相和华南海相早二叠世沉积序列，开展高分辨率年代地层学以及碳、汞同位素地球化学等研究，深入探讨了晚古生代冰期顶峰期的火山活动特征，揭示了火山活动对陆地生态系统的影响，明确了野火燃烧和晚古生代冰期消亡的潜在联系，取得了以下主要成果和认识：

1、小规模火山活动促进了海洋有机碳的埋藏，随之的降温过程导致约 2.962 亿年前华北湿地生态系统的衰退（图2）。

2、陆地、海洋沉积序列中奇数非质量分馏效应（Δ¹⁹⁹Hg）和碳同位素分馏（δ¹³C_org和δ¹³C_carb）数据共变，证实了陆地生物量的逐步氧化以及汞和碳的气态释放（图2）。

3、湿地生态系统的衰退导致陆地碳封存的大幅减少，低纬度地区长期干旱导致大陆风化作用减弱，二者无法有效去除野火燃烧产生的二氧化碳，从而引发了冰川逐步消退（图2和图3）。

地球宜居性的长期演化看似是地球表生系统中的层圈相互作用，然而实际上与地球深部过程密切相关。研究成果证实，地球深部过程能够以多种方式激活地表稳定的碳库，从而导致大量碳的释放，使冰室地球进入一个从更加温暖的气候状态。

图1 晚石炭世至早二叠世的地质和气候背景

图2 研究剖面和数据概况

图3 高分辨率年代学约束的碳、汞同位素变化特征

该研究得到了国家自然科学基金（41925010，42072039，42293280）、中央高校基本科研业务费（2652023001，3‐7‐8‐2023‐02，2‐9‐ 2022‐201）以及高等学校学科创新引智计划（B20011）等项目的资助。

上述研究成果发表于《Geophysical Research Letters》：Qiang Fang, Huaichun Wu*, Jiubin Chen, Stephen E. Grasby, Wang Zheng, Shu‐zhong Shen, Wentao Huang, Junjie Xu, and Shihong Zhang. 2025, Geophysical Research Letters, 52, e2024GL113112.

全文链接: https://doi.org/10.1029/2024GL113112