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石炭纪中期冰期事件触发机制获得新认识
2019-07-09 | 编辑: | 【

  晚古生代冰期是显生宙以来持续时间最长、规模最大的冰期事件,对当时全球的古海洋、古气候、古生态都有着显著影响。晚古生代大冰期在石炭纪中期达到了第一个高峰,冈瓦纳大陆高纬度地区出现了大规模冰川沉积,低纬度地区沉积序列由于海平面的快速下降,出现了大规模的沉积间断、古下切河谷、古喀斯特等现象。 

  前人研究表明,欧美大陆石炭系中间界线记录了一次显著的碳同位素δ13Ccarb值正漂移(1.5-3.0‰)。关于δ13Ccarb正漂移的原因,普遍推测为有机碳埋藏的增加所致,同时导致全球二氧化碳pCO2降低,全球气候变冷。然而,大部分研究的石炭系中间界线沉积序列沉积于浅水碳酸盐岩台地,记录不完整,且经历了多次、不同程度的陆表暴露,记录的δ13Ccarb值很有可能受到大气淡水成岩作用的影响。 

  晚古生代时期华南板块位于古特提斯洋东缘的低纬度地区,较好的保存了石炭系中间界线近乎连续的碳酸盐斜坡相沉积,为识别石炭纪中间界线完整的δ13Ccarb记录提供了良好的研究素材。近期,中国科学院南京地质古生物研究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。

  研究发现越过石炭系中间界线后,研究剖面同时出现一套滑塌沉积或正粒序泥粒灰岩(图1),记录了同时期冈瓦纳大陆冰川扩张导致的快速海平面下降事件。 

  越过石炭系中间界线时,研究剖面均显示一个小幅度的δ13Ccarb正漂移(0.5-1.0‰)。华南相对欧美大陆较小的δ13Ccarb值正漂移,很有可能是由增强的上升流作用所导致(图2)。华南斜坡相剖面没有经历大气淡水成岩作用,δ13Ccarb值保存良好,且由于上升流作用增强,底层水与表层水混合良好,而且华南板块位于泛大洋和古特提斯洋之间,所有这些证据都指示华南斜坡相的δ13Ccarb值或许能够代表当时全球海水溶解无机碳的平均值,这对生物地球化学循环等定量研究具有重要意义。 

  有研究认为石炭纪海水87Sr/86Sr在中间界线之下快速增长,稍早于氧同位素的快速升高,本次研究也表明,此时δ13Ccarb值只有小幅度的增长(图3),表明大气pCO2的下降及冰川的发育可能主要是由大陆风化作用的增强所导致,而不是有机碳埋藏的增加导致。这一假说与当时海西造山带的隆升及古热带雨林的辐射作用相一致,两者都可以增强大陆风化作用。 

  本研究成果发表在国际地学期刊Geological Journal,并得到国家自然科学基金委、中国科学院战略先导B类项目的资助。 

  论文相关信息: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.  

石炭纪中期冰期事件触发机制获得新认识

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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