科研动态 | 成秋明院士团队在《Science Bulletin》发表文章：镁铁质岩石记录揭示青藏高原CO2与O2周期性演化

      近日，我院博士研究生刘欣慰经导师成秋明院士的指导，在国际高水平综合性期刊《Science Bulletin》（中科院一区 TOP期刊，IF = 20.7）发表题为“The Periodic Rhythms of O₂ and CO2 on the Tibetan Plateau”的研究论文。该研究利用青藏高原镁铁质火成岩地球化学数据，结合机器学习与奇异性分析和小波变换等多尺度时间序列分析，重建了显生宙以来大气 O₂ 和 CO₂的长期变化，揭示了深部构造-岩浆活动、大气组成与生物演化之间的周期性联系。

      青藏高原作为“地球第三极”，其构造-岩浆活动深刻影响区域环境及全球物质循环。然而，强烈造山、剥蚀与后期改造致沉积记录残缺，传统指标难以完整示踪大气长期演化。本研究系统收集了高原及周缘镁铁质火成岩地球化学数据，融合全球数据集与已发表CO₂、O₂记录，分别构建极端梯度提升（XGBoost）与支持向量回归（SVR）模型，经独立测试、交叉验证及多元统计分析验证可靠性。该方法通过多元素地球化学特征建立岩石组成与大气状态的非线性联系，为构造活跃区古大气重建提供新范式。

      结果显示，显生宙以来高原CO₂与O2呈反向演化：O₂序列与全球参考曲线高度吻合，CO₂变化整体匹配全球趋势及地表温度，但270–120 Ma存在差异，揭示了特提斯洋俯冲及岩浆-造山过程对碳循环的调节作用。

研究进一步揭示，CO₂与O₂演化存在约45 Ma的稳定相位差（O₂滞后）。互相关分析表明该时滞在多方案检验下均成立，反映了“岩浆脱气（释碳）→硅酸盐风化/有机碳埋藏（耗碳产氧）”这一深部过程至地表响应的固有延迟。奇异性与小波分析识别出45 Ma、90 Ma及180 Ma三个主控周期：45 Ma周期对应地幔动力学脉动；90 Ma周期同步见于碳-氧记录及镁铁质岩石，指示构造-岩浆与碳-氧循环的长期耦合；180 Ma周期则记录了超大陆聚散对气候-生物圈的深层调控。

      综合分析表明，青藏高原记录兼具全球趋势与区域特征：除响应全球性事件外，特提斯洋演化、岩浆活动及造山风化等局地过程显著调制了大气组成。尤以中白垩世为例，新特提斯洋俯冲体制转变及造山增强驱动了CO₂消耗，并伴生O₂与化石丰度上升，证明了区域构造对碳-氧循环的强力调节。

综上所述，该研究将镁铁质火成岩地球化学与机器学习方法相结合，重建了青藏高原地质记录所反映的显生宙大气CO₂和O₂演化，识别出CO₂—O₂负相关关系、约45 Ma的响应时滞以及约45 Ma、90 Ma和180 Ma的周期性变化。研究拓展了镁铁质火成岩在古大气研究中的应用，为构造活动强烈且传统沉积记录不完整地区的深时环境重建提供了新的研究思路。

      原文信息如下：Liu, X. W., Zhang, Y. F., & Cheng, Q. M. (2026). Mafic rocks record periodic evolution of CO₂ and O₂ in the Tibetan Plateau. Science Bulletin. 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.07.046

供稿：刘欣慰 成秋明 罗妙琪

编辑：张耀中

初审：董晓涵 梁秋芸

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