大陆硅酸盐风化是地球系统中一个关键地质过程，它不仅对地表土壤形成、地貌演化有着重要作用，还在很大程度上影响了大气CO₂在地质尺度上的动态平衡与气候变化。然而，如何量化硅酸盐风化速率或通量是大陆风化研究中的难点与关键点。

同济大学黄湘通等在GEOCLIM碳循环模型框架下，通过利用现代高分辨率(0.1°×0.1°)的地表温度、径流、地形和岩性数据模拟了全球硅酸盐风化通量的空间分布状况，从流域和构造稳定/活跃区的角度对硅酸盐风化通量进行了汇总和对比。全球流域可划分为风化动力限制型、侵蚀搬运限制型和径流限制型（A、B）四类，研究通过机器学习算法对不同类型流域的硅酸盐风化通量的主控因素进行了重要性排序。

此项研究为量化硅酸盐风化通量，揭示风化与气候、构造背景之间的驱动-反馈关系提供了新的参考依据。相关成果发表在《中国科学：地球科学》2025年第8期。

研究揭示，硅酸盐Ca、Mg元素风化消耗的CO₂总量在3.48×10¹²~6.75×10¹²mol a^-1之间，平均值为5.04×10¹²mol a^-1。全球硅酸盐风化通量的分布呈现明显的纬向效应（图1）。在南北纬10°以内，总的风化通量可达1.22×10¹²mol a^-1，约占全球总量的24.0%；北纬10°~20°之间的风化通量为1.21×10¹²mol a^-1，约占全球总量的23.9%，显著高于南纬10°~20°之间的0.55×10¹²mol a^-1。总体来看，全球硅酸盐风化主要集中在南北纬30°以内，约占全球总量的76.9%。从各大洲流域汇总的数据来看，亚洲地区对全球硅盐风化的贡献最为显著，约占全球总量的36.9%，主要贡献者为东南亚(17.4%)、南亚(8.2%)与东亚(6.6%)。

图1 全球硅酸盐风化通量及纬向和经向累积通量分布

图中不同颜色覆盖区为全球硅酸盐风化通量排前30的流域

构造活跃区的风化通量约占全球的21.9%，稳定区的风化通量占到全球风化通量的72.6%。在构造活跃区，火山岛弧和造山带是风化通量的主要贡献者，分别占全球总风化通量的13.0%和4.45%(图2a)。按照风化通量从大到小排序，火山岛弧风化的主要贡献者依次为东南亚、澳洲和北美板块。从造山带的形成期次来看，东南亚-澳洲板块与阿尔卑斯-喜马拉雅造山期相对应，北美板块与科迪勒拉造山期相对应(图2a)。造山带的风化主要发生在南美、澳洲和亚洲板块，其中，南美板块与科迪勒拉造山期相对应，而澳洲和亚洲板块与阿尔卑斯-喜马拉雅造山期相对应(图2a)。

在构造稳定区，克拉通和地盾构造单元区的风化分别占全球总风化的12.9%和18.5%，主要风化区位于非洲、印度和南美板块的低纬地区(图2b)。 值得注意的是，中生代之前的古老造山带与火山岛弧的贡献分别占全球风化通量的23.0%和9.71%(图2b)。构造稳定区古老造山带的风化通量是构造活跃区造山带的5倍多，而岛弧区二者的风化通量相对占比接近，为3:4。这表明尽管构造稳定区古老造山带的构造活动已大幅减弱，但它们仍然是全球不可忽视的风化贡献区。

图2 构造活跃区(a)和构造稳定区(b)的硅酸盐风化通量在不同板块和构造单元的分布

根据地表干旱化指数(HI>0.6或HI<0.6)与局部地势差(<500m或>500m)，研究将全球大陆划分为不同类型的风化流域，包括化学反应动力限制型、侵蚀搬运限制型以及径流限制型A、B四类。四种风化区风化通量占比分别为37.2%、53.1%、4.8%和5.1%。从随机森林RF、极端梯度提升XGBoost机器学习的重要特征排序来看(图3c)，不同类型流域对风化通量的控制因素存在显著差异。在风化动力限制型流域，温度对风化通量的影响更为重要(图3c)。在侵蚀搬运限制型流域，温度对风化通量的重要性显著下降，而径流深和侵蚀速率的重要性有大幅提升(图3c)。这表明在这类流域的部分地区可以通过增加径流量来提高地表侵蚀速率，进而维持较高的风化通量。

图3 硅酸盐化学风化类型分布与GEOCLIM模型数据的机器学习拟合结果 

(a) 化学风化类型分区。分区条件基于干旱化指数(AI)与局部地势差(Relief, 定义为5平方千米网格内最高海拔与最低海拔的差值)。(b) 以风化动力限制型区域数据为例，展示风化通量的XGBoost回归拟合情况。(c) 不同风化类型区机器学习模型的重要性得分特征

该研究是基于GEOCLIM模型稳态条件下的数值结果，代表不同CO₂水平下大陆硅酸盐风化的稳态情况。仍值得注意的是，目前所得的结果与认识尚需更多观测数据或替代性指标来予以佐证。在未来大陆风化模拟研究中，应综合考虑不同碳循环过程，能涵盖有机碳氧化-埋藏、硫化物氧化-碳酸盐风化耦合以及沉积物再风化等过程，更全面地模拟瞬态气候情景下的风化通量与反馈作用。

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中文版: 黄湘通, 崔育华, 柳宇, 李芳兵, 郭玉龙, 邓凯, 李超, 杨守业. 2025. GEOCLIM模型高分辨率模拟现代全球大陆硅酸盐风化通量: 分布特征与控制因素. 中国科学: 地球科学, 55(8): 2815–2828

英文版: Huang X, Cui Y, Liu Y, Li F, Guo Y, Deng K, Li C, Yang S. 2025. High-resolution modeling of modern global continental silicate weathering fluxes within the GEOCLIM model framework: Spatial patterns and controlling factors. Science China Earth Sciences, 68(8): 2697–2710, https://doi.org/10.1007/s11430-025-1620-y

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