Как орогенез и растения формировали палеоклимат Земли за счет силикатного выветривания

Исследовательская группа под руководством профессора Чэнь Цзитао из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук (NIGPAS) построила 60-миллионолетнюю запись Химического индекса выветривания (CIA) на основе непрерывно отложенной карбоновой-раннепермской склоновой последовательности в Южном Китае. Анализ региональной интенсивности химического выветривания проводился с помощью геохимических данных и состава глинистых минералов.

Это исследование впервые позволило разделить относительный вклад орогенеза и эволюции растений в процессы силикатного выветривания во время позднепалеозойского ледникового периода. Силикатное выветривание — ключевой процесс, регулирующий долгосрочный климат Земли, поскольку оно поглощает парниковые газы из атмосферы и поставляет питательные вещества в океан.

Основными драйверами позднепалеозойского оледенения считаются низкоширотный герцинский орогенез и экспансия наземной растительности, которые увеличили потоки силикатного выветривания и снизили уровень CO₂. Однако их относительный вклад было сложно разделить. Учёные использовали теоретическое различие: орогенез, ускоряя физическую денудацию, мог снижать среднюю интенсивность выветривания, в то время как развитые растения, защищая почву, её повышали.

Стабильный тектонически и удалённый от зон герцинского поднятия Южный Китай стал идеальным природным «лабораторным» полигоном. Его данные по CIA выявили четырёхфазную динамику. В фазе I (333–316 млн лет) рост интенсивности выветривания был связан в первую очередь с расширением палеотропических лесов, а не с изменениями CO₂. В последующих фазах (II–IV, 316–275 млн лет) интенсивность выветривания уже коррелировала с уровнем CO₂, что указывает на доминирование климатического контроля.

Сопоставление этих региональных данных с глобальными изотопными записями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и δ⁷Li позволило реконструировать общую четырёхэтапную траекторию глобального выветривания. В фазе I глобальная интенсивность выветривания менялась противоположно региональной в Южном Китае, что указывает на ведущую роль герцинского орогенеза в росте глобальных потоков выветривания. В фазах II–III глобальные и региональные тренды шли параллельно, будучи связаны через динамику CO₂: усиленное выветривание в фазе I понизило CO₂ и вызвало глобальное похолодание. В фазе IV коллапс герцинского орогена снизил скорость денудации, ослабив эффективность силикатного выветривания как поглотителя CO₂.