古新世-始新世极热事件（PETM）是巨量轻碳（富含¹²C）注入海气系统引发的全球增温事件，是人类碳排放导致全球变暖的地质相似型，所以研究该事件发生时野火的时空演化可为理解当前及未来全球变暖下的生态环境效应提供有用地质实例。中国科学院地质与地球物理研究所王旭研究团队，通过分析我国南阳盆地和抚顺盆地PETM时期黑碳含量及碳同位素变化，揭示出该时期野火时空演变特征及其驱动机制。研究发现，在PETM时期，高温多雨和植被演替导致南阳、抚顺盆地等北半球多数地区处于“低野火状态”，该事件恢复阶段逐渐演变为“高野火状态”，由此引发的黑碳埋藏可能对巨量轻碳吸收有重要贡献。相关成果发表于《中国科学：地球科学》中英文版2025年第2期。

野火活动作为地球生态系统的重要扰动因素，影响着地球生态系统平衡、全球碳循环和气候变化。近年来，随着全球变暖、极端气候事件频发以及人类活动日益增强，全球多个区域野火强度和频率增加，野火发生历史及调控机制已成为全球气候环境变化研究的热点内容。然而，野火与气候变化和生态系统之间的相互作用是复杂的，尤其是在极端温暖湿润的气候条件下，厘清当前和预测未来全球变暖情景下的野火演变及其驱动机制极为困难。

发生在距今5600万年前的PETM事件为研究上述科学问题提供了天然实例。PETM事件是由巨量轻碳注入地球表生系统引发的一次快速极端增温事件，由于升温幅度大、升温速度快、持续时间短，特别是事件发生期间释放的CO₂总量与从工业革命以来到21世纪末期的人为碳排放量可资对比，因而学术界将其视为预估未来气候的增温效应、生态效应以及环境效应的重要参考。因此，研究PETM时期野火演变规律及驱动机制对预测和应对未来全球变暖情景下的野火活动，以及深入理解野火干扰下的碳循环至关重要。

中国科学院地质与地球物理研究所王旭研究员团队以我国南阳盆地北沟剖面和抚顺盆地西露天剖面沉积物为研究对象，开展黑碳含量和碳同位素测试，重建了PETM时期干旱/半干旱带和湿润带的野火时空演变历史，并结合前人对两个地区的古气候研究，厘清了区域野火演变的驱动机制。同时，结合北半球不同区域PETM时期的野火研究，探讨了该时期野火的时空演变特征。研究发现PETM时期北半球多数地区处于“低野火状态”。

具体而言，黑碳含量/总有机碳含量变化揭示了古新世-始新世南阳盆地所处的干旱/半干旱带及抚顺盆地所处的湿润带，在PETM事件的碳同位素负漂开始时野火活动减弱，在负漂期（事件主体阶段）处于“低野火状态”，随后在碳同位素恢复期，野火活动逐渐增强，事件后恢复到负漂前的背景水平（图1c和图2c）。PETM时期，全球气候极端温暖湿润。北半球多数地区的孢粉组合特征表明该时期植被类型发生演替，例如，被子植物和湿地植物增加，裸子植物和蕨类植物减少。因此，他们认为，PETM时期北半球大多数区域记录的“低野火状态”可能是气候和植被变化所导致的。降雨过多增加了可燃物的湿度，从而抑制野火的发生。加之温暖湿润的气候会促进植被发育及植被类型演替，抑制了可燃物的空间连续性，从而减少野火活动的发生和蔓延。此外，PETM时期气候的季节性不分明，没有明显的干季或干季较短，也不利于野火发生。

图1 南阳盆地北沟剖面PETM时期的碳同位素、黑碳含量及古气候指标序列

(a) 有机碳同位素. (b) 黑碳碳同位素. (c) 黑碳含量/总有机碳含量. (d) 碳酸盐含量. (e) 白云石含量/碳酸盐含量. (f) 自生碳酸盐Sr/Ca元素比值. (g) 自生碳酸盐Mg/Ca元素比值. (h) 高岭石/蒙脱石比值. (i)基于支链甘油二烷基甘油四醚类化合物重建的温度记录. 图中灰色阴影代表PETM事件

图2 PETM时期抚顺盆地西露天剖面和美国新泽西州巴斯河钻孔(ODP Leg 174AX)的碳同位素和黑碳记录

(a) 西露天剖面有机碳同位素. (b) 西露天剖面黑碳碳同位素. (c) 西露天剖面黑碳含量/总有机碳含量. 灰色阴影代表PETM事件. (d) 巴斯河ODP Leg 174AX钻孔的黑碳含量. (e) 巴斯河ODP Leg 174AX钻孔的碳同位素, 绿色点: 有孔虫碳同位素; 黑色圆点: 黑碳碳同位素; 灰色虚线代表有孔虫CIE的峰值

此外，研究结果揭示了在PETM事件的负漂开始阶段，黑碳含量明显降低，表明惰性碳埋藏减少，更多的碳储存在生物-大气表生系统中。而在负漂恢复阶段，黑碳含量显著升高，表明惰性碳埋藏增加，有更多碳从短期尺度生物-大气碳循环转移到了长期尺度地质碳循环中。这种碳汇转变过程可能作为负反馈机制参与了PETM恢复期的轻碳消耗，并影响着区域碳储库以及全球碳循环。

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中文版: 王学婷, 陈祚伶, 崔琳琳, 王旭. 2025. 中国大陆古新世-始新世极热事件时期野火的时空演变. 中国科学: 地球科学, 55(2): 524–536

英文版: Wang X T, Chen Z, Cui L, Wang X. 2025. Spatiotemporal evolution of wildfire activity during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum in China. Science China Earth Sciences, 68(2): 509–522, https://doi.org/10.1007/s11430-024-1472-5