近日，beat365官方网站大氣與海洋科學系胡永雲教授團隊結合氣候模拟結果和地質記錄，量化了顯生宙煤和蒸發岩的形成與氣候環境（溫度和降水）的關系，論文發表在National Science Review《國家科學評論》。

圖1：蒸發岩

煤是不同地質時期植物經過泥炭（腐泥）和煤化過程形成的，植物的生長需要潮濕溫和的氣候環境，因此，煤的形成對應着濕潤溫和的氣候。

蒸發岩是鹵水蒸發、濃縮、結晶而形成的化學沉積岩（如鉀鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等），顧名思義在炎熱幹燥的氣候條件下形成的。

在古氣候研究中，煤和蒸發岩被定性地作為潮濕和幹燥氣候環境的替代指标。然而，煤和蒸發岩與氣候要素之間的定量的關系，尤其與溫度和降水的定量關系尚不清楚。

胡永雲團隊結合他們的顯生宙系列氣候模拟結果和煤與蒸發岩地質記錄，建立了煤和蒸發岩與溫度和降水之間的定量關系。結果表明：

在晚古生代（4.19-2.51億年前），煤主要形成在赤道附近，對應的年平均溫度主要集中在25°C，年平均降水量集中在1300 mm。古生代成煤植物主要為蕨類植物，蕨類植物是低等維管植物，對水的傳輸能力弱，因此，古生代的植物主要分布在溫暖潮濕的赤道地區，煤也形成在赤道附近。

至中生代（2.51-0.66億年），裸子植物在陸地繁盛，裸子植物比蕨類植物傳輸水分的能力更強，也更能适應降水量較少的内陸環境。随着大陸移動到北半球中高緯度，植物也延伸到北半球中高緯度，煤開始出現在約50 ºN，這裡是多風暴和多降水的濕潤區，煤形成所對應的溫度約為10℃，年平均降水約為900 mm。與此同時，白腐菌的出現熱帶地區（白腐菌起源于約2.95 億年前），白腐菌能夠有效地降解木質素，植物很難保存，所以，在中生代的大部分時間，熱帶地區幾乎沒有煤的形成。

在新生代（0.66億年-現代），氣候持續變冷，現在的全球平均溫度比白垩紀晚期低将近10°C，降水量也随之下降。但在新生代，被子植物占統治地位，其生理功能比蕨類和裸子植物具有更好的光合作用和适應氣候環境的能力，因此，雖然新生代溫度和降水下降，但煤的地理分布與中生代相似，主要形成于北半球中緯度。

蒸發岩總是出現在南北半球的副熱帶幹旱區。在石炭紀早期之前，幾乎所有的蒸發岩都出現在南半球。至古生代晚期，因為盤古大陸的北移，蒸發岩出現在北半球副熱帶地區。蒸發岩形成的年平均溫度集中在27 ºC，對應年平均降水量約為800 mm。

一個特别有意義的結果是，雖然顯生宙全球氣候在溫室和冰室之間多次變換，溫度波動幅度超過10 ºC，但煤和蒸發岩形成的年平均淨降水量（降水減去蒸發）不随時間變化。如圖2所示，煤形成所對應年均淨降水集中在300 mm，蒸發岩對應的年均淨降水集中在100 mm。這說明在煤和蒸發岩的形成過程中，相關的物理、化學和生物過程所需要的水分是不變的。

圖2：各地質時期煤和蒸發岩地質記錄所對應的年平均淨降水量（降水減去蒸發）。(a) 4.1億年前至今煤形成對應的淨降水量，(b) 4.1億年前至今煤形成對應的淨降水總分布。(c) 5.4億年前至今，蒸發岩地質記錄對應的将降水量，(d) 5.4億年前至今，蒸發岩形成對應的淨降水總分布。

煤和蒸發岩與溫度和降水之間的定量關系可以用來“預測”各地質時期煤和蒸發岩的空間分布（方法見論文）。如圖3所示，超過80%的煤和蒸發岩數據點均在預測範圍内（粉色區域），這對勘探煤和蒸發岩礦産提供了依據。

圖3：根據量化的關系“預測”的煤和蒸發岩空間分布。(a) 現代泥炭的空間分布，(b) 2億年前煤的空間分布。(c) 現代蒸發岩的空間分布，(d) 1.6億年前蒸發岩的空間分布。黑色圓點：煤的地質記錄位置，紅色圓點：蒸發岩的地質記錄位置，粉紅色區域表示預測的成功率超過80%。

該研究成果具有重要前景與意義：首先，煤和蒸發岩與降水的關系對重建深時降水有重要意義。深時溫度重建已有很多工作，但對降水的定量重建還很少，難度較大，因此，這裡的定量關系是深時降水重建的參考依據之一。其次，煤和蒸發岩與淨降水之間的恒定關系是約束植被生長和風化反應速率的指标之一。最後，外生礦床的形成均與所處的氣候環境存在一定的關系。根據類似的方法，也可建立外生礦床（如鋁土礦等）與溫度和降水之間的定量關系，并可以用來預測這些外生礦床。

   該項研究是由國家自然科學基金委科學中心項目“大陸演化與季風系統演變”和中國博士後科學學基金資助下完成的。

  原文鍊接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad051