甲烷渗漏构造、水合物分解释放与新元古代冰后期盖帽碳酸盐岩

甲烷水合物是地球沉积圈最大的可交换碳储库, 在全球变暖和海平面变化期将大规模分解释放, 对全球气候和环境产生重大影响. 新元古代极端寒冷的冰期之末可能发生了地史上最大的甲烷水合物分解释放事件. Marinoan冰后期(约635 Ma)盖帽碳酸盐岩中广布的甲烷渗漏构造、特殊的同位素标识、低硫酸盐浓度、海相重晶石沉积以及短暂而显著的碳同位素负漂(δ ¹³C≤−5‰)提供了新元古代晚期冰川消融和海进过程中甲烷释放的有力证据. 甲烷释放可能导致了全球变暖, 促进了全球冰川迅速融化; 而甲烷氧化导致的海洋缺氧和大气含氧量波动可能是新元古代末后生动物演化的重要环境驱动因素. 该事件有待进一步研究的问题包括: 甲烷水合物分解释放的诱发因素、甲烷最初释放与海洋缺氧事件发生的时间及其与生物演化之间的关系、反映甲烷氧化的地球化学信号、盖帽碳酸盐岩的区域和全球等时性等. 华南陡山沱组底部的盖帽碳酸盐岩提供了研究这些问题的良好实例.     

早古生代海洋缺氧事件的地质记录与背景机制

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演化具有重要意义.海洋系统变化研究表明,缺氧事件在形成过程中主要受控于海洋水体循环、营养盐供应、地理地貌条件、气候与海平面变化等因素.不同于中生代的大洋缺氧事件,早古生代海洋生物泵效率增强时,同时还面临大气氧气含量上限变化的影响.衍生于现代缺氧沉积盆地和前寒武纪缺氧海洋模型的水体化学分层理念,对早古生代海洋缺氧事件同样适用.地质记录表明,早寒武世-晚志留世,海洋先后发生8次不同规模的缺氧事件,均可与全球识别的碳同位素漂移对比,并且常常伴随着不同规模的生物灭绝事件.因此,重建缺氧海水的分布范围及氧化还原结构,对研究早古生代海洋生态环境变化具有重要意义.同时,这些事件在纵向上表现出缺氧海底面积占比逐渐缩小的趋势,与同期大气氧气含量的长期爬升、二氧化碳含量的持续降低相吻合.海洋缺氧事件、生物灭绝事件及同期其他构造-气候变化等地质事件,共同构成早古生代地球系统变化的缩影,同...     

贺兰山地区震旦系碳酸盐岩碳氧同位素分析

对宁夏贺兰山地区出露的震旦系碳酸盐岩进行了详细的野外地质调查和碳氧同位素分析测试, 发现该地区震旦系正目观组碳酸盐岩碳同位素表现出一定的变化规律： 由北到南的几条典型剖面中δ¹³C值自下向上均逐渐减小, 变化范围都集中在?4.51‰~0.11‰, 最大负偏值达到了?6.88‰. 兔儿坑组中发现的宏体生物化石在华南灯影组中部出现, 从而将正目观组和兔儿坑组的形成时代限定在震旦纪. 冰川的发育导致了极端寒冷的气候, 海洋中有机质大幅降低, δ¹³C值出现普遍的负偏. 兔儿坑组代表了冰期的结束, 生物的复苏, 海洋中有机物含量增加. 通过与全球其他地区同期地层碳氧同位素分布的投图对比, 发现正目观组冰期沉积的形成时间可能晚于Gaskiers冰期, 研究其为探讨埃迪卡拉纪华北板块的古海洋、古地理环境和生物演化起了重要作用, 为全球同期地层碳氧同位素数据库提供了新的补充.     

吉林长白山地晚更新世冰川作用

长白山(2749 m)是中国东部晚更新世以来存在冰川作用典型山地之一, 在天池周围海拔2000 m以上保存着良好的冰川侵蚀与堆积地貌, 在火山锥体内侧与外侧构成“口内口外”模式的冰斗冰川. 冰川的发育依托独特的火山地质与地貌大背景, 保存完好的冰斗、槽谷、冰坎、磨光面以及冰碛垄等, 显示研究区在末次冰期有过多次冰川作用. 通过对冰碛物光释光(OSL)年代测定, 结合冰川地层与火山地层的相互关系以及火山岩的K-Ar、高精度铀系不平衡测年(TIMS)、电子自旋共振(ESR)等年代结果, 确定长白山地区发生两次冰进作用, 即黑风口冰进, 分布于火山锥体的西坡和北坡海拔2000~2100 m处, 冰进时段为距今20 ka左右, 属于末次冰盛期(LGM)的产物; 气象站冰进, 分布的海拔高度为2400~2600 m处, 冰川作用发生在11 ka前后, 属于晚冰期的产物, 其发生可能受到全球性新仙女木降温事件的影响. 末次冰盛期冰川发育的规模大于晚冰期. 在相似的季风系统影响下(冬雨雪型), 长白山末次冰期的冰川序列与东亚沿海其他冰川发育地区, 如中国台湾、日本等地具有一定的时空耦合性.     

青藏高原冰芯高分辨率气候环境记录研究进展

青藏高原冰川高分辨率连续记录了过去气候环境变化信息.通过多种代用指标的分析可以重建气候变化历史.稳定同位素是冰芯记录的重要指标之一,通过青藏高原现代降水同位素过程的研究明确了大气降水中稳定同位素与气温的关系,奠定了青藏高原冰芯古气候学研究的理论基础.通过青藏高原不同地区冰芯稳定同位素记录研究,恢复了末次间冰期以来不同时间尺度的气候演化历史,冰川积累量变化揭示了过去降水量的变化过程;青藏高原冰芯中也保存了一系列的近代人类活动记录.此外,从青藏高原冰芯记录中提取了冰芯微生物种群及数量变化的信息,有助于进一步解释过去气候环境变化,获得了冰芯中古气候环境变化研究的新指标.     

探索大洋碳储库的演变周期

南沙深海钻孔ODP1143井的5 Ma沉积记录, 揭示出碳同位素变化有0.4~0.5 Ma长周期, 并通过对比证明为全大洋所共有, 反映了大洋碳储库的低频变化. 此类周期性也见于碳酸盐和热带风尘沉积, 说明是由季风等低纬区过程所引起. 无论1143井或其他大洋的第四纪记录, 都表明碳同位素重值期(δ¹³C_max)所反映的大洋碳储库改组, 发生在冰盖大扩张和冰期旋回变型(如“中更新世革命”、“中布容事件”)之前, 证明了碳循环对于冰期变化的调控作用. 可见第四纪冰期旋回应当是高纬与低纬过程, 物理作用(冰盖)和生物地球化学作用(碳循环)相互结合下“双重驱动”的产物, 不能只靠北半球高纬区响应轨道驱动的物理因素来解释. 由于当前地球正处在又一次碳同位素重值期, 理解大洋碳储库的周期演变及其气候影响实属当务之急. 文中还对第四纪以前大洋碳、氧同位素的变化进行比较, 发现在0.4 Ma偏心率长周期上两者同步变化, 随着北极冰盖的发育才失去耦合关系.     

关于华南板块新元古代冰川作用及其古纬度的讨论

新元古代普遍认可的冰期有凯噶斯、司图特、马林诺、噶斯奇厄斯, 而在华南板块只有江口(司图特)冰期和南沱(马林诺)冰期具有明确的沉积记录. 凯噶斯冰期只有同位素和化学指标的显示, 表明可能存在寒冷气候和局部山岳冰川. 噶斯奇厄斯冰期在华南板块则对应于陡山沱组沉积期间年龄相当的一个碳同位素负漂移, 不过不说明华南板块是冰川气候. 江口冰期期间华南板块无古地磁数据, 因此其古地理位置不确定. 凯噶斯和南沱冰期期间华南板块均处在中纬度. 根据现有资料, 在上述新元古代冰期期间华南板块均可能处在相似的中纬度.     

古生代-中生代之交的水循环演变及驱动机制

水循环是连接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的重要物质循环过程.本文根据地质记录和深时气候模拟等数据总结了古生代-中生代之交的水循环演变.结果表明,水循环在晚古生代、早中生代发生了重大变化:(1)地质记录恢复的气候带显示,当时全球的干旱带发生了明显扩张,蒸发岩面积从中-晚二叠世开始扩张,到早三叠世达到顶峰,中三叠世恢复至中-晚二叠世的水平,晚三叠-早侏罗世继续收缩;(2)全球年平均降水量在晚石炭、早侏罗世较高,中-晚二叠世和早三叠世较低,呈现为“V”字形变化,显示出一次重大的波动;(3)全球大陆的聚合可能导致泛大陆巨型陆面风和特提斯区域跨赤道风的形成,进而构成全球性的超级季风;(4)热带辐合带摆动的纬度位置在志留纪-石炭纪以及侏罗纪-现代较低,在二叠纪-三叠纪时期向高纬度大幅度漂移.根据事件发生的时间,这些水循环的重大变化与泛大陆的聚合、华力西造山、晚古生代冰期的结束以及大量碳释放和升温事件吻合,这些因素与当时的大气环流和水循环的变化存在密切联系:泛大陆的聚合改变了当时水储量的空间分布,同时改变了大气环流和“季风”,进而导致中-晚二叠世干旱带开始扩张,降水量减少;晚古生代末期华力西造山运动...     

贺兰山第四纪冰川特征及其与气候和构造之间的耦合关系

贺兰山(3556m)是中国东部存在确切第四纪冰川遗迹的山地之一,是我国季风区与非季风区、温带草原与荒漠草原的分界线,对于研究中国东、西部冰川发育特点以及青藏高原边缘山地冰川发育与气候和构造之间的耦合关系具有十分重要的科学意义.野外地貌调查与室内光释光(OSL)、加速器质谱碳十四(AMS14C)对冰川、黄土以及湖相沉积物年代测定结果显示,在贺兰山主峰周围海拔2800m以上保存着古冰川侵蚀与堆积地貌,第四纪冰川发生的时限较晚,时代上限为末次冰期中冰阶,对应深海氧同位素MIS3中期(43.2±4.0ka)、末次冰盛期(LGM,~18ka)、晚冰期(12.0±1.1ka)和新冰期(3.4±0.3ka),冰川作用的阶段性明显.采用深海氧同位素曲线(MIS)代表共和运动(150ka)以来的冰川平衡线变化,并用末次冰盛期的平衡线(2980m)以及现代理论雪线高度值(4724m)作为平衡线的最大振幅,以3.5mm/a作为贺兰山体的抬升速率,探讨了末次冰期以来贺兰山山体高度与冰川作用之间的关系,并与黄土-古土壤等反应气候环境变化的指标对比,认为贺兰山地区第四纪冰川作用是山体的构造抬升与气候条件耦合的结果,即"共和运动"之后山体抬升到与末次冰期气候耦合的高度,开始发育冰川.     

封面说明

<正>受早二叠世冈瓦纳冰川作用及冈瓦纳北缘裂解的影响,拉萨地块晚古生代构造演化环境演化及生物演变一直是学术界讨论的热点问题.拉萨地块下二叠统拉嘎组是一套与冈瓦纳地区晚古生代大规模冰川作用有直接联系的沉积地层,具有近岸冰海环境的特点,是对应冈瓦纳大陆北缘晚古生代裂解过程的沉积响应,其中所产早二叠世孢粉化     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于&#8722;22.6‰ ~ &#8722;27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

东海内陆架泥质沉积记录的全新世快速气候波动

以东海内陆架泥质区中部MZ02孔岩芯沉积物为材料,挑选底栖有孔虫单种Ammonia compressiuscula进行了壳体氧碳稳定同位素和镁钙比值分析,并结合沉积物粒度、磁化率和地球化学等古环境替代指标,讨论了MZ02孔沉积记录所反映的若干气候和海洋环境变化,识别出发生在8.4,7.2和6.2 ka BP的3次千年事件,其中最为显著的是发生在8.4 ka BP的降温事件.本研究揭示的中全新世大暖期内气候波动特征,与相邻陆地的季风记录、热带太平洋的古海洋记录相一致,具有百年尺度的太阳活动周期,其中以200 a周期最为显著,推测太阳活动可能是研究区全新世快速气候变化的主要原因之一.     

触发和驱动第四纪冰期的机制是什么?

晚新生代地球环境演化的重要事件包括冰期气候和人类起源等,其中,冰期及其旋回问题受到广泛关注,但迄今没有被广泛接受的理论解释.地球构造活动诱发的地表风化强度和大洋环流变化,改变了大气CO_2含量和地表热量传输过程,其与地球运动轨道变化调制的太阳辐射量变化周期,包括地球轨道偏心率、黄赤夹角和岁差等,共同驱动了第四纪大冰期降临及旋回变化.其中,太阳辐射量变化起主导作用.在包括海陆配置、大气CO_2、洋流变化、岩石风化等达到临界点的背景下,太阳辐射量变化驱动着第四纪冰期气候旋回变化.在晚上新世,由于地表化学风化加强、深海沉积埋藏碳增多,使得大气中CO_2含量减少,温室气体效应减弱;加上高纬地区接受太阳辐射量降到临界值,高纬地区冰川发育并形成强大的反馈机制,北半球冰期来临并在之后发生了中更新世冰期气候转型.在上新世-更新世的古气候变化中,存在~400,100,41和23ka等周期,这是太阳辐射量变化驱动的结果;其中,大气CO_2和冰冻圈反馈起到重要的放大作用.近200年以来,人类急剧向大气中排放CO_2气体,增强了温室气体效应,可能改变冰期气候的趋向.     

西藏申扎地区早二叠世冰海相地层中孢粉化石的发现

拉萨地块下二叠统拉嘎组是一套与冈瓦纳地区晚古生代大规模冰川作用有直接联系的沉积地层,作者在西藏申扎地区的拉嘎组中分析出孢粉化石,说明早二叠世蕨类植物孢子和裸子植物花粉的出现与冈瓦纳大陆冰川消退事件有密切联系.该套孢粉组合中蕨类植物孢子含量远低于裸子植物花粉含量,双囊具肋花粉和单囊花粉含量最高,Hamiapollenites与Striatoabieites两属地位尤为突出;组合中蕨类植物孢子含量虽低但分异度较高,单气囊花粉Cordaitina所占比例较大,双囊具肋花粉Hamiapollenites,Striatoabieites,Protohaploxypinus的种数很多,可建立Hamiapollenites-Striatoabieites组合.值得注意的是,除了少数"冈瓦纳型"分子Parasaccites obscurus,P.cf.radiplicatus,Plicatipollenites indicus的存在外,其余含量极高的分子则可与新疆北部早二叠世孢粉组合相对比,说明早二叠世冈瓦纳和亚安加拉共有某些植物类群的可能性是极大的.这类孢粉组合在早二叠世冰海相沉积物中的出现表明,拉萨、南羌塘等地块由冈瓦纳北缘向华夏区转换的过程中,微植群发生的混生可能比古动物群响应的更早,至少在早二叠世的冰期末或冰期结束后就已经发生了.     

穿行在时空边缘——东亚晚新生代哺乳动物形态功能演化与生态环境互动

正哺乳动物大规模适应辐射并占领地球陆地生态系统的主要空间,构成了新生代以来最重要的生物演化事件.哺乳动物演化事件序列促使哺乳动物自身面貌由古老向现代类群转变,同时也为新生代地质环境演变提供了完整的相对时间框架.在这一过程中,晚新生代是哺乳动物演化和发展的关键时期[1].晚新生代全球气候强烈波动,大趋势由暖湿转向干冷[2],也带动了人类崛起的宏大事件.研究晚新生代哺乳动物与环境的协同演化,对于探求全球气候变暖下人类的控制和应对策略,以及人类宜居环境构建等重大研究计划具有非常重要的指示性意义.     

亚洲古季风变率和机制的洞穴石笋档案

洞穴石笋气候档案具有深海沉积等长尺度记录和树轮日历年两种不同气候载体的特征,开启了研究轨道尺度、千年尺度和年际气候变化三者联系的新窗口.本文主要回顾了近20年来亚洲季风区石笋的高精度定年和气候代用指标等研究进展.精确定年的石笋气候序列为米兰科维奇"轨道假说"解释低纬气候变化奠定了基础,并有可能深入了解突变气候事件的驱动机制.在此基础上,讨论了目前学术界普遍关心的"中国石笋d~(18)O信号解释"问题,认为在千年尺度以上,石笋同位素序列反映了季风气候控制下的干/湿变化过程.跨越中布容事件的石笋记录有可能联系低纬岁差尺度水文循环与高纬冰盖过程,将冰盖、季风、温室气体和生物地球化学过程置于高精度年代框架下,研究其驱动与响应关系.最后指出,精确定年的石笋气候序列有可能成为大陆同位素气候层型,并在解决当代全球变暖机制问题上发挥重要作用.     

末次冰期以来全球陆地植被中C3/C4植物相对丰度时空变化基本特征及其可能的驱动机制

末次冰期以来的陆地植被中C3/C4植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛的争论,尽管越来越多的研究者认同气候因素,而不是大气CO2浓度,是最主要的驱动因素.但对于某一具体的研究区域而言,温度还是降水是最主要的驱动因素,仍存在不同的认识.由于具体的研究区域,温度和降水的变幅相对有限,且经常协同变化,因此从更广阔的空间尺度来对有关研究结果进行总结,或许可获得更清晰的认识.对全球末次冰期以来的C3/C4植物相对丰度变化记录进行梳理,发现其存在明显的规律性,即:除地中海式气候地区外;在高纬度地区,末次冰期以来,均以C3植物占绝对优势;在中纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度上升;而低纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度下降.结合现代过程研究结果,探讨了末次冰期以来陆地植被C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,认为在末次冰期以来的大气CO2浓度背景下,温度是C3/C4植物相对丰度的首要控制因素,温度条件满足之后,则水分条件成为主要控制因素.这些认识对于将来获得的更高分辨率的过去C3/C4植物相对丰度记录的气候环境信息解译,以及在可靠的温度和大气CO2浓度背景条件下,理解更长时间尺度的C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,均具有一定的意义.     

极地冰芯研究的新焦点: NEEM与Dome A

格陵兰冰芯以高分辨率著称, 已经揭示的末次冰期出现的快速气候变化为我们深入了解地球气候环境变化的规律做出了重要贡献. 目前, 新启动的格陵兰NEEM计划以末次间冰期为目标, 试图更详细地反演末次间冰期及其以来气候环境的变化规律, 为深刻认识与末次间冰期有类似性的现今气候提供有益的帮助. 南极冰芯以长时间尺度为特色, 对揭示地球轨道尺度的气候变化有独特优势. 在Dome A钻取冰芯以寻求百万年时间尺度的冰芯记录成为南极冰芯研究的焦点.     

广西桂林垌村上泥盆统碳同位素正偏移与全球一致性的记录

目前的研究显示, 欧、美等大陆晚泥盆世地层中普遍存在碳同位素δ¹³C的正偏移, 这种偏移已被推测为全球海洋有机碳埋藏速率快速增加的结果, 并与晚泥盆世弗拉阶(Frasnian)-法门阶(Famennian)之交发生的生物集群灭绝事件(简称F-F事件)密切相关. 华南上泥盆统是研究F-F事件理想地层之一, 其中是否存在δ¹³C正偏移, 直接关系到全球范围内是否存在与F-F事件有关的有机碳埋藏增强的问题.对广西桂林垌村具有生物地层控制的晚泥盆世剖面进行了高分辨率的碳酸盐稳定同位素分析, 结果表明: δ¹³C在F-F转换时期总体呈逐步增加趋势, 这种趋势由两次明显的d13C正偏移组成: 第1次正偏移出现在linguiformis带的底界, δ¹³C增加幅度达1.5‰; 第2次正偏移出现在triangularis/linguiformis带(F-F)的界线, 增幅达2.1‰. 与世界其他地区的同位素记录对比发现, 在生物地层时限上, 垌村剖面第1次出现的δ¹³C正偏移较晚, 而发生在F-F界线的第2次正偏移, 无论在生物地层上还是在变化幅度上都是基本一致的, 支持F-F时期全球性的有机碳埋藏增强的观点.     

南大西洋深水渐新世初大冰期事件

新生代地球表面从两极无冰的“温室地球”变为现今两极终年有冰的“冰室地球”, 最重大的降温事件是发生在距今约33.7 Ma始新世/渐新世界线附近的渐新世初大冰期事件(EOGM). 南大西洋深水大洋钻探计划(ODP)第208航次1262站和1265站35~30 Ma期间的浮游和底栖有孔虫氧碳同位素、碳酸钙和粗组分含量, 结合颜色反射率和磁化率的高分辨率记录, 揭示出表层和深水都发生了这一全球降温事件. 分析表明, 氧同位素在渐新世初33.5~33.1 Ma记录的EOGM事件代表了南极东部冰盖的规模, 表示当时世界海水的表层和深部水温大幅度降低. 碳同位素δ ¹³C在EOGM事件期间发生很大的正偏移, 说明全球碳储库发生重要转型, 可能反映有机碳埋藏速率突然增加或生产力的分布发生时空变化. 同时, 岩性组成、碳酸钙含量、颜色反射率和粗组分在始新世/渐新世界线附近都发生了重要变化, 反映当时碳酸盐补偿深度(CCD)突然快速变深. 由颜色反射率揭示出的碳酸钙含量变化具有100和400 ka的地球轨道偏心率长周期, 进一步显示早渐新世全球气候变化的轨道驱动机制.