研究结果对于认识当今地球环境向温室气候转变

晚古生代大冰期是显生宙以来规模最大的、主要发育在南方冈瓦纳大陆的一系列多幕式的冰期事件。与之前新元古代与奥陶纪末期的冰期事件不同的是,晚古生代大冰期事件是地球上在动植物繁盛以来最重大的冰期事件,记录了陆地自有植被以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变。因此,对晚古生代大冰期古气候和古海洋的系统研究对于认识当今地球系统的全球变化具有一定的“深时”地质借鉴和启示意义。

科学家揭示显生宙最大冰期事件的演变过程

近十年来,对晚古生代大冰期的古气候、古海洋环境以及海平面变化的相关研究备受国内外学者关注。但大冰期起始的时间及冰川进退规律至今并不清楚。由于冈瓦纳大陆冰川沉积记录不完整,对低纬度相对连续的沉积序列的沉积学研究,可以推断冰川型海平面变化,从而可以间接反映冈瓦纳大陆冰川的进退规律。

是什么原因导致了显生宙以来最大的一次冰期事件?又是什么导致了冰期的结束?

美高梅集团官网,近日,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代研究团队研究员陈吉涛联合团队成员及美国加州大学戴维斯分校教授Isabel Montanez,对华南密西西比亚纪中晚期的台地至斜坡相沉积序列进行了详细的沉积学的对比研究。

近日,中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队陈吉涛研究员等通过对相关地层的锶、碳同位素综合研究,认为显生宙最大的一次冰期事件——晚古生代大冰期的开始,是由大陆风化和有机碳在陆地上的埋藏所导致,并提出大冰期的最高峰是由有机碳埋藏由大陆转向海洋导致。研究结果对于认识当今地球环境向温室气候转变的趋势带来启示,成果在线发表于最新一期国际地学期刊《地质学》杂志。

研究表明台地相发育了清晰的沉积旋回,这些沉积旋回可以与下扬子台地和乌克兰顿涅茨克盆地同时期发育的沉积旋回相对比,表明这些沉积旋回受控于全球性海平面变化。而斜坡相未发育清晰的沉积旋回,但在综合地层框架下,对应于台地相旋回的界面,在斜坡相中可以识别出较厚层、较粗粒的沉积岩相,而且也较好地对应于牙形刺氧同位素的高值,表明这些旋回性沉积可能受控于冈瓦纳大陆冰川的扩张。

晚古生代大冰期是显生宙以来规模最大的、主要发育在南方冈瓦纳大陆的一系列多幕式的冰期事件。与之前新元古代及奥陶纪末期的冰期事件不同的是,晚古生代大冰期事件是地球上在动植物繁盛以来最重大的冰期事件,记录了陆地自有植被以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变。因此,对晚古生代大冰期古气候的系统研究对于认识当今地球系统从“冰室气候”向“温室气候”转变的趋势具有一定的借鉴和启示意义。

该研究佐证了冈瓦纳大陆冰川在密西西比亚纪维宪期晚期开始启动,并出现较大范围的扩张,导致全球海平面下降,各大陆同时出现沉积间断现象。

晚古生代团队的研究对华南石炭纪-早二叠世连续沉积的斜坡相碳酸盐岩剖面进行了高分辨率、高精度的牙形刺锶同位素研究。该锶同位素曲线间接的反应了当时大陆风化的变化速率,且与当时的泛大陆造山运动、热带雨林的繁盛与衰败、以及泛大陆赤道附近的古气候状况具有密切的联系。

研究成果近日在综合期刊《三古》(Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)在线发表。研究得到中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金的支持。

通过将该锶同位素与同时期全球无机碳同位素以及古二氧化碳浓度等的对比研究,团队佐证了晚古生代大冰期的起始与加强是由大陆风化和有机碳在陆地上的埋藏导致的,同时首次提出大冰期的最高峰是在大陆风化整体下降及热带雨林植被更替的背景下,有机碳埋藏由大陆转向海洋所导致。

论文信息:Chen Jitao*, Sheng Qingyi, Hu Keyi, Yao Le, Lin Wei, Montanez Isabel P., Tian Xiaoxu, Qi Yuping, Wang Xiangdong, 2018. Late Mississippian glacio-eustasy recorded in the eastern Paleo-Tethys Ocean (South China). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, in press, Available online 25 July 2018.

团队的研究重新厘定并填补了石炭纪-早二叠世的海水锶同位素变化趋势,为该时期地层对比提供了较为精确的锶同位素地层,是我国申请石炭系“金钉子”的重要工作之一。

论文链接

同时,该研究为晚古生代大冰期全球古气候变化与古海洋循环提供了有力的生物地球化学证据,是我国对晚古生代大冰期进行多学科交叉研究的综合性成果之一,也是国际上探讨当时环境演变过程和控制因素的标志性成果。

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贵州台地相雅水剖面实测柱状剖面图

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华南台地相沉积旋回与斜坡相沉积特征和牙形刺氧同位素(after B Chen et al., 2016),以及下扬子台地和乌克兰敦克涅茨盆地沉积旋回对比图

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