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石炭紀中期冰期事件觸發機制獲得新認識
2019-07-09 | 编辑: | 【

  晚古生代冰期是顯生宙以來持續時間最長、規模最大的冰期事件,對當時全球的古海洋、古氣候、古生態都有著顯著影響。晚古生代大冰期在石炭紀中期達到了第一個高峰,岡瓦納大陸高緯度地區出現了大規模冰川沈積,低緯度地區沈積序列由于海平面的快速下降,出現了大規模的沈積間斷、古下切河谷、古喀斯特等現象。 

  前人研究表明,歐美大陸石炭系中間界線記錄了一次顯著的碳同位素δ13Ccarb值正漂移(1.5-3.0‰)。關于δ13Ccarb正漂移的原因,普遍推測爲有機碳埋藏的增加所致,同時導致全球二氧化碳pCO2降低,全球氣候變冷。然而,大部分研究的石炭系中間界線沈積序列沈積于淺水碳酸鹽岩台地,記錄不完整,且經曆了多次、不同程度的陸表暴露,記錄的δ13Ccarb值很有可能受到大氣淡水成岩作用的影響。 

  晚古生代時期華南板塊位于古特提斯洋東緣的低緯度地區,較好的保存了石炭系中間界線近乎連續的碳酸鹽斜坡相沈積,爲識別石炭紀中間界線完整的δ13Ccarb記錄提供了良好的研究素材。近期,北京快三平台所晚古生代研究团队硕士研究生田晓旭,在其导师陈吉涛研究员的指导下,联合团队其他成员对贵州省纳庆、纳饶、店子上等斜坡相剖面进行了详细的沉积学和碳同位素研究。

  研究發現越過石炭系中間界線後,研究剖面同時出現一套滑塌沈積或正粒序泥粒灰岩(圖1),記錄了同時期岡瓦納大陸冰川擴張導致的快速海平面下降事件。 

  越過石炭系中間界線時,研究剖面均顯示一個小幅度的δ13Ccarb正漂移(0.5-1.0‰)。華南相對歐美大陸較小的δ13Ccarb值正漂移,很有可能是由增強的上升流作用所導致(圖2)。華南斜坡相剖面沒有經曆大氣淡水成岩作用,δ13Ccarb值保存良好,且由于上升流作用增強,底層水與表層水混合良好,而且華南板塊位于泛大洋和古特提斯洋之間,所有這些證據都指示華南斜坡相的δ13Ccarb值或許能夠代表當時全球海水溶解無機碳的平均值,這對生物地球化學循環等定量研究具有重要意義。 

  有研究認爲石炭紀海水87Sr/86Sr在中間界線之下快速增長,稍早于氧同位素的快速升高,本次研究也表明,此時δ13Ccarb值只有小幅度的增長(圖3),表明大氣pCO2的下降及冰川的發育可能主要是由大陸風化作用的增強所導致,而不是有機碳埋藏的增加導致。這一假說與當時海西造山帶的隆升及古熱帶雨林的輻射作用相一致,兩者都可以增強大陸風化作用。 

  本研究成果發表在國際地學期刊Geological Journal,并得到国家自然科学基金委、中國科學院战略先导B類項目的資助。 

  論文相關信息:Tian, X., Chen, J.*, Yao, L., Hu, K., Qi, Y., Wang, X., 2019. Glacio-eustasy and δ13C across the Mississippian–Pennsylvanian boundary in the eastern Paleo-Tethys Ocean (South China): Implications for mid-Carboniferous major glaciation. Geological Journal, published online on June 19th, 2019.  

石炭紀中期冰期事件觸發機制獲得新認識

图1. 研究剖面沉积岩相、无机碳同位素

图2. 华南板块上升流模式图

图2. 华南板块上升流模式图

图3. 纳庆剖面无机碳同位素、牙形刺氧同位素、锶同位素对比图

图3. 纳庆剖面无机碳同位素、牙形刺氧同位素、锶同位素对比图





 
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