条带状铁建造(BIF)与地球大氧化事件

地球大氧化事件是指约24亿年前的地球大气圈中开始出现氧并连续增加。到20世纪末对地球大氧化事件的形成和演化模型可概括为两类:22亿年前为缺氧大气圈,22～19亿年大气圈中O_2明显增加,而后逐渐增加到现代大气圈O_2含量水平的C-W-K-H模型;大气圈中O_2含量自40亿年来近于常数,在现代大气圈O_2含量水平的50%范围内变化的D-K-O模型。21世纪开始实施了太古宙生物圈钻探计划(ABDP),在太古宙—元古宙页岩、条带状铁矿建造中微生物、S、C同位素分馏、稀土元素及过渡族金属Ni、Fe、Mo等含量变化等方面取得了许多新成果,建立了大气圈游离氧产生机理及含量变化的不同模型,将大气圈中氧的出现时间至少提前到25亿年前。中国前寒武纪条带状铁矿建造BIF广泛发育,特别是特有的稀土铁建造及其稀土地球化学初步研究成果表明,稀土元素的含量、轻重稀土的分异及变价元素Eu的相对富集与亏损,均显示明显的对时间的依赖。文中提出,应对其开展系统地质地球化学研究,可为大气圈、水圈的演化,特别是对研究中国铁矿的形成和分布规律研究提供重要参考资料。     

大气圈和水圈物质组成的演化及其对表生地质作用的制约

地球的大气圈、水圈的形成在太阳系中具有独特性。大气圈、水圈的物质组成呈现阶段性的演化特征。在不同的演化阶段,地球表生地质作用表现出不同的特征和状况,显示出地球大气圈、水圈化学变化对其的控制作用。在长时间尺度范围内,大气和海洋化学变化直接影响表生系统的岩石风化强度和特点、沉积物类型、矿产时空分布规律;在短时间尺度范围内,大气物质组成的变化引起气候变化,间接地、综合地影响和改变表生地质作用的状况。同时,表生地质作用反过来又影响大气圈、水圈的物质组成演化,两者相互作用,相互影响,构成地球表生系统的相互耦合关系。     

前寒武纪-寒武纪界线附近的撞击假说及其对生物圈的影响

根据化石记录可知,大量复杂生物类群迅速出现在早寒武世,这就是所谓的寒武纪生命大爆发.在此之前,有距今6亿年前的前寒武纪末埃迪卡拉生物群化石出现,此后的70～80 Ma里,生命就以上升了一个数量级的速率演化.这些在原始地层中看似迅速出现的化石,最早在19世纪中期就有所记录,达尔文认为,这是对他提出的进化论的自然选择观点的主要反对证据之一.有关新动物群的出现及演化长期困惑着地学界,集中在以下三点:在前寒武纪-寒武纪界线附近或早寒武世这个相对较短的时期内,存在着生命大爆发.是什么引起了这样的快速演化事件?这对于生命的起源与演化将意味着什么?对"寒武纪生命大爆发"的强烈兴趣还启发了20世纪70年代对布尔吉斯页岩化石记录的研究.不久之后,中国的澄江生物群包括对它后续的研究又很好地支持了生命大爆发.在前寒武纪一寒武纪界线附近究竟发生了什么?随着笔者对寒武纪事件越来越多的了解,积累的数据使得很多原先提出的假说都变得不太可能了.通过作者对地球环境的改变和寒武纪生命大爆发详实的研究,发现这种改变是可以由撞击事件引起的.在对寒武纪时期的地球进行了详细的研究之后,笔者提出了新的见解.前寒武纪晚期,存在大型的陨击事件.碰撞的高温结束了大冰期,使生物信息得以交流.同时,撞击启动基因调控机制、释放HSP90变异.一方面,调控基因决定了其他基因的表达,最早的调控基因发现于布尔吉斯页岩中(535 Ma).另一方面,HSP90原本是积累突变的蛋白,一旦环境突然发生变化,所有DNA突变将得以表达,在短时间内新的生命形式得以进化.并且这种变化是可以遗传的.然后,在新生臭氧层保护与有氧呼吸能量供应下,地球另一端幸存地下生命爆发,产生硬壳及复杂的新陈代谢以适应高温高压.现代的银河系天文理论,即密度波理论,在本文中被应用以试图解释这种撞击背后的天文学诱因.5～6亿年前的寒武纪事件使笔者联想起另外两次仍然存在争议的大规模撞击事件,它们引起的大气变化、水圈变化、生物圈变化、碳酸盐岩变化、磷矿变化都惊人的相似.形成于17亿年以前的Sadbury陨击坑直径为200 km,是最大陨击坑之一;23亿年以前(23.3～22.88亿年)地质环境(沉积圈、生物圈、水圈、大气圈)发生了由地外因素引起的灾变.灾变后,火山活动明显减弱,富氧大气圈形成,生物演化出现飞跃,叠层石开始广泛发育,碳酸盐岩在各大陆大量沉积,第一次全球性磷矿期开始发育.根据几处23亿年左右陨落的大量消溶型铁质宇宙尘的发现,推论该灾变的起因是与陨击作用有关的宇宙事件,且地表23亿年前的泛火山运动和月岩年龄分布(23～25亿年)以及月表陨石坑构造等表明:23亿年前,地外物体对地球的冲击作用非常强烈.再考虑到6 500万年前的契科苏博鲁陨击事件,也就是说,在已经得到广泛承认的和存在争议但有事实支持的地外灾变事件中规模最为巨大的三次撞击事件符合5～6亿年这一大周期.5～6亿年正是太阳系扫过银河系四条主旋臂一次所用的时间:太阳绕银河一周的时间大约是290个百万年.而由于在太阳绕银河转的时候,银河系的四条大旋臂同样旋转,并且其螺旋势场的角速度约是太阳系的一半,最终叠加的结果就是这样的一个大周期.密度波理论表明,旋臂处质量密度非常大,并且形成旋臂的螺旋引力场将对太阳系产生影响,诱发撞击事件.本文通过前人定性证据和笔者实地考察表明,上述假说与当时的绝大多数重要天文事件和地质发现相吻合,广泛的铱异常与位于澳大利亚的大型陨击坑均有发现.对澳大利亚的Acraman陨击坑和HAPCIS陨击坑的基底构造实地分析也表明了前寒武纪末曾经存在过陨击事件.最后笔者利用计算机模拟了大气圈变化.模拟分两步进行,首先从岩石热分解得出需要的温度与压强数据,而后将数据作为参数用于模拟.数据结果表明撞击区域的大气温度在4 000 K左右,压强为5 600 Bar.撞击增加了大气中二氧化碳和氧气的含量,并强化了臭氧层.这些含量的变化与地质上的记录一致.     

湖底火山喷发对辽西热河生物群水生爬行动物集群死亡的影响

近年来 ,在辽西热河群湖泊相沉积物中发现大量保存完美的脊椎动物化石 ,这一发现轰动了国内外古生物学、生物学以及地质学界。近期研究表明 ,这些数量大、门类多的脊椎动物化石层是同时期大规模中酸性陆相火山喷发的灾变记录 ,认为由于突发性陆相火山活动向大气圈输送的大量有害气体及其形成期气溶胶导致古气候大幅度快速变化 ,最终造成生活在陆地和空中的脊椎动物集群死亡。但是本区生活在淡水湖底的水生爬行动物 (如满洲龟和满洲鳄等 ) ,由于它们不与周围地区陆相火山喷出的气体直接接触 ,同时湖泊对大气圈气候变化的响应存在明显滞后效应…     

地球的全球演化:可能模型

地球的前半部历史可明显地分为以下几个阶段:(1)4.6～4.5Ga,地球形成,其表面具“岩浆海洋”;(2)4.5～4.2Ga,原始地壳和软流圈形成地壳受到强烈压实作用,大规模火山活动,原始大气圈中突发性地出现大气圈和水圈,地幔中出现不规则对流;(3)4.2～3.9Ga,上地幔受到来自行星内部深处的热作用引起大规模科马提岩火山作用,岩石圈被一层厚科马提岩覆盖并变得比熔融状态的软流圈更为致密。这种重力不稳定性导致了雏形     

23亿年地质环境突变的证据及若干问题的讨论

<正> 国际前寒武地层分会投票表决25亿年为太古宙与元古宙的分界,有学者坚持以23亿年作为太古宙与元古宙的分界,表明23亿年是地球演化史上的重要时间。然而,23亿年左右的地质事件并没有受到足够的重视。在对华北克拉通南缘结晶基底的研究中,陈衍景注意到岩石圈表层、大气圈、水圈、生物圈等的性质在23亿年左右发生了根本性变化。初步推测此变化与地外因素有关。     

地质历史时期天然气水合物分解释放的地质地球化学证据

巨量天然气水合物广泛赋存于大陆坡海底和高纬度永久冻土带沉积物中,是重要的环境影响因素。有些地质历史时期发生的重大地质灾变可能是由天然气水合物分解释放甲烷引起的。持续时间短暂且显著的全球性海相和陆相碳同位素的负漂移、甲烷起源的极负碳酸盐岩碳同位素值(特别是δ¹³C<-40‰)、碳酸盐岩溶解、指示甲烷浓度异常的生物标志化合物、生物成因重晶石富集、类似冷泉碳酸盐岩发育的特殊沉积组构、海底垮塌及碳酸盐结晶扇(如文石)等是支持天然气水合物分解“假说”的主要证据。但这些证据还存在一定的局限性,该“假说”仍然存在较大的争论,因此需要进一步深入研究。     

中国大陆地质源温室气体释放

国内外大量研究表明,当今大气圈温室气体浓度的增加是自然因素和人类活动共同作用的结果。地质源温室气体释放是导致当前大气圈温室气体浓度增加的重要自然因素之一。火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等是地质源温室气体的主要释放类型。在当前强调温室气体减排的国际背景下,定量化地评估地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)的温室气体释放通量,对于深入了解人类活动与大气圈温室气体浓度变化的联系至关重要。本文基于中国大陆重要的地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)温室气体的释放特点,重点综述了中国新生代火山-地热区温室气体释放通量与成因研究的近期成果,并进一步讨论了火山-地热区温室气体成分与释放通量的连续观测在中国活火山监测与减灾防灾研究中的应用前景。     

环境地质和生态地质的主要问题

环境地质或生态地质,是一门研究地质环境和自然媒介中各种成分之间天然联系的学科,它从许多方面来评价人类活动对这些联系的影响。“地质媒介”这个术语主要包括岩石圈的上部环境,其中有大气圈、水圈和生物圈之间相互作用,也明显包括各种人类活动。     

大气圈氧气上升与生物进化:一个重要的地球生物学过程

以生氧光合作用为主造成的大气圈氧气上升,与生物进化存在着密切的成因联系。在大气圈氧气含量明显上升之前,微生物在地球大气圈演化中可能起着主要作用,形成了埃迪卡拉纪之前的微生物世界;甚至到今天,这些细菌以及其他的微体藻类,一直在向地球的大气圈提供氧气,而且在海洋中进行着艰苦的固氮作用。早期很少受到动物影响的生物圈,与现代动物所占据的生物圈(后生动物世界)明显不同,这个转变随着埃迪卡拉纪—寒武纪器官级别的动物辐射而发生,动物辐射造成了宏观生态和宏观进化表现的根本性变化。因此,地球大气圈的氧气上升,实际上是一个复杂的地球生物学过程;追索这个复杂的地球生物学过程所产生的环境变化及其与生物进化与革新之间的成因联系,对深入了解地球复杂的演变历史将提供一些重要线索和思考途径。     

第二十七届国际地质大会计划讨论的地球化学问题

1984年8月,在莫斯科将召开第27届国际地质大会,现将大会有关地球化学和宇宙化学的分组内容介绍如下: 一、地球化学和宇宙化学 1.地球化学旋回及控制化学元素在地壳中分布的自然规律化学元素的地球化学旋回的规律及地壳、海洋和大气圈的演化;地壳的化学结构模型及控制元素分布的规     

板块体制的出现与全球地质环境的突变

从大洋中脊的扩张到活动陆缘处的洋壳俯冲消成和岛弧型地壳增生，这是板块构造理论的精髓部分，这种板块体制的地壳演化何时开始出现呢？通过对与板块体制有关的壳幔物质循环和水圈—岩石圈—大气圈相互作用的分析，作者认为太古代与元古代之交（２６～２３亿年）全球性地质环境的突变是板块体制出现的标志。     

利用地震动强度指标评价场地液化的离心模型试验研究

场地地震液化灾变(液化触发与震后变形)评价对基础设施抗震设计和安全服役有重要意义。为研究目前常用地震动强度指标IM的液化灾变评价能力,开展水平饱和砂土场地离心机振动台模型试验,对模型在50 g离心加速度下进行了20次不同幅值的振动,得到了液化与非液化响应数据。基于振动台台面输入建立峰值加速度a_(max)、地震剪应力比CSR、阿里亚斯强度I_a和累积绝对速度CAV_5的算法,并利用模型试验数据检验了这几种IM与液化触发和震后变形的相关性。分析表明,几类IM对液化触发的评价能力接近,且从超静孔压产生到初始液化触发都存在明显的IM阈值;几类IM对震后沉降评价能力有一定差异,其中I_a和CAV_5优于a_(max)和CSR,并对造成上述差异的原因做了初步分析。文中研究为选择合理的地震动强度指标评价场地液化灾变提供了科学依据。     

华南区域地质和碳酸盐岩区油气普查勘探的几个问题(上)

一、基底问题到现在为止,扬子准地台上还没有大片出露大于20亿年的基底岩石。零星的报道见于大别山为(20.8亿年,可达23—24亿年)鲁苏地盾(大于19亿年),康滇“地轴”(22—24亿年)。扬子准地台大片出露的是小于20亿年的基底岩石,所以华南的基底是较年轻的,不存在古壳。最近的大地电磁测深证实,湖南雪峰两侧的岩石圈厚度为160—200公里,在江苏也证明具有和湖南相同的地壳结构,扬子准地台是一个冷壳。航磁推断在川中、鄂中和南黄海中部,以及     

乌蒙山区红层软岩滑坡地质演化及灾变过程离心机模型试验研究

红层是一种分布广泛,性质特殊的易灾地层组合,其灾变基础科学问题已成为工程地质学科领域迫切需要解决的前沿课题之一。我国红层分布区工程规模巨大,灾变问题突出,主要表现为地质灾害、工程病害、生态损害3大灾变类型,使得红层地区经济社会可持续发展面临着前所未有的灾变危害与风险,严重威胁着一系列国家重大战略的实施。传统红层灾变理论和防控技术难以适应复杂条件下人地失调带来的重大挑战,亟待突破。本文旨在通过对国内外研究现状分析、对基础性科学问题的深入思考与系统梳理,阐明中国红层灾变研究概况,分析红层灾变基础研究的国际学术前沿问题,提出红层灾变基础研究亟待解决的3个关键科学问题,阐述了主要研究思路与内容及方案。这些思考寄期于支持破解红层灾变地质基因、成因机理、韧性协调防控等难题,以保障红层地区国家重大战略的高效实施,保障人居安全、生态文明建设和社会经济可持续发展,使得我国红层灾变研究占领国际前沿高地。     

地球历史中的巨型氧化作用事件:了解古地理背景演变的重要线索*

在塑造我们的星球环境的过程之中,分子氧起着关键的作用。大气圈和海洋中氧气的出现及其浓度随着时间的变化,与地球上的主要变化存在强烈关联,诸如构造重组、气候波动和生物进化。针对地球大气圈氧气含量的上升,多年研究的结果肯定了2个基本事实:(1)地球最早期的大气圈是缺乏氧气的;(2)今天的大气圈则为21%的氧气所组成。由于地质历史时期大气圈氧气水平的大多数地质标志,只是意味着存在与缺乏,这就为确定大气圈氧气含量上升的时间进程带来很多困难。即使如此,一系列地质证据已经表明,一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.5—2.0,Ga,这个转变被定义为巨型氧化作用事件(GOE)。近年来的深入研究发现,几个主要证据表明,在前寒武纪—寒武纪过渡时期的大约850—540,Ma,发生了“第二次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ)”,还被进一步定义为新元古代巨型氧化作用事件(NOE)。再者,大气圈氧气水平在显生宙还存在着一个特别的上升,这次变化在石炭纪晚期接近一个峰值为150% PAL(现代大气圈氧气含量水平),所以,也可以定义为一次巨型氧化作用事件,即显生宙的巨型氧化作用事件(POE)。因为蓝细菌光合作用造成的氧气生产,曾经导致了大气圈与海洋的氧化作用,反过来为需氧呼吸作用和大型而且复杂的、最终富有智慧的生物进化,提供了基本条件;因此,大气圈氧气上升,是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果,从而成为了解漫长的地质历史时期古地理背景演变的重要线索。从古元古代的GOE,经过新元古代的NOE,到显生宙的POE,这些巨型氧化作用事件的内在特征、作用结果与基本属性,尽管存在着较大的差异,但是,从这些概念的出现到对它们的形成机理的探索性研究,涌现出了许多新概念和新认识;追索这些新概念和新认识,将为了解地球大气圈氧气上升的复杂历史所代表的一个特别的地球上生物学过程,提供一些有益的重要线索和思考途径。     

巨大撞击的地质灾变效应

地球演化过程中,不断受到地外物体的撞击。迄今为止,地球上已发现近百个大小不一、年龄各异的撞击坑。据地球及类地行星撞击坑记录和 Appollo 小行星、彗星轨道计算,在显生宙中,大约每0.14Ma 便有一个直径大于10km 的撞击坑在地球表面形成;直径超过100km 的撞击坑约100Ma 产生一次;一些足以产生全球强烈灾变效应的巨大撞击事件的频率     

事件地层学与地外灾变事件

从P∈—∈,P—T等地层界线上的特征岩石、古生物大规模灭绝和Ir及ξ~(13)C的异常等研究表明,与K—R界线一样,在这些界线上也可能存在有地外灾变事件。同时文中提出了界线灾变事件、界线灾变期、界线灾变环境、界线层、界线粘土层、梅树村地质事件等与研究事件地层学有关的一系列新概念。     

早期大气圈的氧化状态

如果生命是在早期地球表面环境中起源于有机化合物,大气圈的氧化状态则是一个重要的因素。因为高还原性的大气圈比弱还原性的大气圈更有利于前生物合成作用。然而,关于早期大气圈的最流行的模式都认为大气圈是N_2、CO_2、H_2O和微量H_2、CO组成的弱还原性混合物。这里,笔者检验了两种作用:(1)后来微星体的爆炸;(2)地幔氧化还原状态的改变。月球陨石坑告诉我们,月球,当然也有地球,在3.8Ga之前,被碰撞爆炸     

地球历史中的巨型氧化作用事件:了解古地理背景演变的重要线索

在塑造我们的星球环境的过程之中,分子氧起着关键的作用。大气圈和海洋中氧气的出现及其浓度随着时间的变化,与地球上的主要变化存在强烈关联,诸如构造重组、气候波动和生物进化。针对地球大气圈氧气含量的上升,多年研究的结果肯定了2个基本事实:(1)地球最早期的大气圈是缺乏氧气的;(2)今天的大气圈则为21%的氧气所组成。由于地质历史时期大气圈氧气水平的大多数地质标志,只是意味着存在与缺乏,这就为确定大气圈氧气含量上升的时间进程带来很多困难。即使如此,一系列地质证据已经表明,一个从缺氧的到含氧的大气圈的转变,大致发生在2.5—2.0 Ga,这个转变被定义为巨型氧化作用事件(GOE)。近年来的深入研究发现,几个主要证据表明,在前寒武纪—寒武纪过渡时期的大约850—540 Ma,发生了"第二次巨型氧化作用事件(GOE-Ⅱ)",还被进一步定义为新元古代巨型氧化作用事件(NOE)。再者,大气圈氧气水平在显生宙还存在着一个特别的上升,这次变化在石炭纪晚期接近一个峰值为150%PAL(现代大气圈氧气含量水平),所以,也可以定义为一次巨型氧化作用事件,即显生宙的巨型氧化作用事件(POE)。因为蓝细菌光合作用造成的氧气生产,曾经导致了大气圈与海洋的氧化作用,反过来为需氧呼吸作用和大型而且复杂的、最终富有智慧的生物进化,提供了基本条件;因此,大气圈氧气上升,是与地球动力学过程紧密相关的地球生物学过程的作用结果,从而成为了解漫长的地质历史时期古地理背景演变的重要线索。从古元古代的GOE,经过新元古代的NOE,到显生宙的POE,这些巨型氧化作用事件的内在特征、作用结果与基本属性,尽管存在着较大的差异,但是,从这些概念的出现到对它们的形成机理的探索性研究,涌现出了许多新概念和新认识;追索这些新概念和新认识,将为了解地球大气圈氧气上升的复杂历史所代表的一个特别的地球上生物学过程,提供一些有益的重要线索和思考途径。