当前全球变暖背景下,野火频率和强度的增加凸显了阐明火-气候-碳循环相互作用的紧迫性(Scott, 2010; Zheng et al., 2023; WMO, 2024)。了解野火活动在长时间尺度上的演变对于评估其对环境、生态系统和人类社会的影响至关重要(Marlon, 2020; McLauchlan et al., 2020; Jones et al., 2024)。过去的温室气候时期,如侏罗纪,为研究高大气CO2浓度和较高全球温度下的这些动态提供了重要参考(例如,Royer, 2014; Foster et al., 2017; Scotese et al., 2021)。在那些古代生态系统中,野火是一种普遍且活跃的因子,能够快速在生物圈、大气圈和地质圈之间转移大量碳(Bowman et al., 2009; Bird et al., 2015; Santín et al., 2016)。尽管野火被广泛认为是大气CO2的重要来源,但它们也会产生难以分解的成岩碳(惰性碳质),这些碳质可以在地质时间尺度上被沉积物埋藏和保存,从而成为长期碳汇(Kuhlbusch, 1998; Schmidt and Noack, 2000; Scott and Glasspool, 2007; Bird et al., 2015)。因此,野火对碳循环的净效应——无论是作为来源还是汇——并非预先确定,而是由火活动与同期气候和环境条件之间的动态平衡决定的。然而,特别是在远古温室状态下对短期气候变率的响应机制仍不甚明了。
中侏罗世阿伦期是这一温室气候阶段的关键时期(Sellwood and Valdes, 2008; Pellenard et al., 2014; Gradstein and Ogg, 2020)。全球多个中纬度盆地都发现了阿伦期的野火证据,包括波兰盆地、阿根廷的Neuquén盆地、中国的准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地、伊犁盆地和吐鲁番-哈密盆地,其中含木炭的沉积物和富含惰性碳质的煤层表明该地区在季节性气候下存在周期性地表火灾(例如,Marynowski et al., 2011; Xu et al., 2020; Zakrzewski et al., 2020; Hou et al., 2022; Zhang et al., 2023b; Zhou et al., 2025a)。这些研究使用了多种指标组合(包括惰性碳质岩相学、多环芳烃(PAHs)和孢粉学)来重建野火活动。然而,一种同时结合干酪根岩相学、PAHs、稳定碳同位素(δ13Corg)和元素地球化学的综合方法尚未应用于青藏高原东北部的阿伦期地层。
在中国西北部,凯丹盆地含有厚厚的连续阿伦期大陆地层,其中包括
中国主要煤炭积累阶段期间沉积的广泛分布的含煤层(Li et al., 2014; Dai et al., 2015; Li et al., 2018)。这一环境为研究古气候、野火活动与碳循环过程之间的联系提供了独特机会。尽管该时期盆地整体气候温暖湿润(Hu et al., 2019; Lu et al., 2020a, Lu et al., 2020b; Zhang et al., 2023a, Zhang et al., 2023b; Zhou et al., 2023, Zhou et al., 2024b),但越来越多的证据表明存在叠加的短期气候波动和相关环境扰动。这与通常认为有利于大规模野火发生的干旱条件形成鲜明对比,例如二叠纪-三叠纪过渡期间干旱和火山活动的共同作用(Abatzoglou and Williams, 2016; Cai et al., 2021b)。虽然大气氧含量、植被组成和火山活动都会影响火活动(Glasspool and Scott, 2010; Cai et al., 2021a; Kaiho et al., 2021),但干旱常被视为主要控制因素。因此,在中侏罗世凯丹盆地持续湿润的条件下发生野火的现象引发了关于此类环境中火活动特征、控制因素及其气候敏感性的基本问题,需要进一步详细研究。
本文通过对北凯丹盆地下部Dameigou组的高分辨率、多指标研究,整合了干酪根岩相学、PAHs、δ13Corg和主要及微量元素地球化学数据,旨在:(1)确保存在野火的可靠证据及其频率;(2)重建当时的古气候并识别短期变化;(3)阐明影响野火活动的主要环境因素;(4)评估野火在区域碳循环中的双重作用。