20世纪80年代末,Raymo等科学家提出著名的“隆升–风化”假说,认为以青藏高原为代表的山脉隆升通过增强硅酸盐风化进而消耗大气CO2,从而驱动新生代全球降温。新生代海水δ7Li升高约9‰长期被视为“隆升–风化”假说的关键证据之一。隆升加强风化导致的入海7Li通量是否主要驱动了海水δ7Li升高,始终缺乏直接来自青藏高原地区的河水锂同位素记录约束。
针对这一科学问题,科研人员克服了造山带沉积记录稀缺及流域古水体锂同位素重建难度大的挑战,选取了青藏高原南北气候与剥蚀背景具有显著差异的代表性区域开展研究:南部为尼泊尔喜马拉雅山麓Siwalik前陆盆地河流相沉积序列,代表季风控制的湿润和强侵蚀环境;北部为柴达木盆地深钻岩芯,代表中纬度西风控制的干旱与中度侵蚀环境。
研究团队创新性地采用多相态联合重建方法,综合分析河湖沉积物碳酸盐、水溶盐及黏粒组分等多种载体Li同位素,从陆相沉积物中提取出可靠的古水体δ7Li信号。结果发现,高原北部河水δ7Li受全球变冷影响长期降低,高原南部河水δ7Li受强侵蚀影响长期维持在接近源岩的低值。将重建古水体δ7Li记录纳入全球锂循环模型的定量模拟发现尽管现代青藏高原河流锂入海通量在全球占据重要比例,但是过去1500万年以来入海7Li通量的变化无法解释海水δ7Li的持续升高。因此,晚新生代海水锂同位素变化并不能简单作为青藏高原隆升驱动硅酸盐风化增强的直接指标。虽然青藏高原隆升驱动硅酸盐风化增强对全球碳循环具有重要影响,但是对海水Li循环影响需要重新评估。这一发现为重新认识构造隆升对全球气候与海洋化学演化的影响提供了关键陆相记录约束。
该研究由中国科学院青藏高原研究所联合多家国内外单位包括中国科学院地球环境研究所、德国美因茨大学、法国国家科学中心、德国海德堡大学、美国普林斯顿大学、华东师范大学及长安大学等合作完成。我所杨一博研究员和博士后刘玉东为论文共同第一作者,杨一博、刘玉东和金章东研究员为共同通讯作者,Philip Pogge von Strandmann和Albert Galy教授以及方小敏院士等为共同作者。本研究得到国家重点研发计划(2022YFF0800502)、国家自然科学基金(42322107、42501003)和中国博士后科学基金(2025M780352)联合资助。

图1 青藏高原地区河流锂通量及研究区概况

图2 新近纪青藏高原南北部古水体和风化蚀变产物的Li同位素记录

图3 在不同Li通量变化情景下青藏高原输入对海水δ7Li演化的影响