晚中生代地球表层重大地质事件的陆地环境剧变与生物群演替响应

晚中生代时期华北东北部发育燕辽生物群、热河生物群和阜新生物群陆地生物群。它们的快速演变过程和华北克拉通上同时期发育的岩石圈减薄、大面积强烈岩浆活动、变质核杂岩及伴随的伸展盆地等地球表层重大地质事件并行发生,表现着地壳表层系统圈层间的相互作用和响应。生物群的繁盛与灭绝与地球表层大规模岩浆-火山活动(髫髻山组—张家口组和大北沟组—义县组)发育时代高度协同一致。地球表层重大地质事件直接或间接地控制或改造着地球表层古地理和古生态环境,生物群只得调整自身去适应环境和生态背景的改变。火山-岩浆活动改变着地质-生态环境,生物群都紧密联系多期次火山-岩浆活动,化石也都被埋葬在沉积-火山碎屑岩中。华北克拉通破坏重大地质事件发生响应于全球变化和统一地球表层系统。盆地沉积充填序列、特殊陆相环境沉积建造、特殊环境沉积物等记录了响应的古地理、古环境变化与响应。陆地生物群分布、演化、更替与精确定年,脊椎-无脊椎生物(化石)埋葬特征,生物演化速率、消长关系和生物群(组合)更替的形式和性质,以及脊椎动物骨骼、牙齿的常量、微量元素、H-B-C-N-O-S和C-O-Sr等地球化学特征的研究可以恢复和重建古地理、古生态环境和古生态系统。     

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程关系的研究进展

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程紧密相关。首先就机械和化学风化两种不同的陆地侵蚀机制在提供河流碳源方面所发挥的不同作用作了详细论述,并比较了季风流域和非季风流域间河流碳输移在通量及性质上的差异。之后对陆地碳沉积机制进行了归纳,指出了包括大坝截留,河漫滩、河口-近岸带沉积及陆地碳沉降等几种可能的陆源碳踪迹。陆地环境的截留效应相对于侵蚀尚不太清楚,今后应加强对陆地碳沉积的研究,进一步明确各种碳沉积的作用机制及其对全球陆地碳汇的贡献量。此外,人类活动对陆地侵蚀-沉积过程及河流碳循环所产生的直接或间接的影响也有待于今后继续深入探索。     

大陆科学钻探开展古气候研究进展

当前气候变化问题已经引起全社会的广泛关注。地质历史时期(包括第四纪和"深时")的古气候研究可为了解现代气候变化提供借鉴,大陆科学钻探成为开展此研究的重要手段。文中对大陆科学钻探开展古气候研究的进展作一综述。获取连续沉积记录是大陆科学钻探的最大优势,地质学家通过对岩心建立高分辨率年代地层框架和应用多种古气候替代性指标,重建地质历史时期不同时间尺度上的陆地古气候变化,发现并精确厘定陆地古气候-古环境快速变化事件,进而通过精细对比陆地-海洋古气候记录,揭示气候变化的过程和机制。这些研究成果将加深人类对地球气候系统的认识,并为未来气候预测提供科学依据。可以预见,大陆科学钻探将成为古气候研究的一种常用手段,在未来的古气候研究领域,特别是"深时"温室气候研究中发挥更加重要的作用。     

海岸与陆架沉积:动力过程、全球变化影响和地层记录

文章试图在海岸与陆架沉积的基本动力过程、全球变化影响和地层记录等方面提出新的科学问题和基础研究建议.在基本动力过程研究上,底部边界层过程的垂向尺度和悬沙浓度影响、陆架环流和水团运动的悬沙输运效应、河口与陆架密度流形成机理、大型河流的水下三角洲和斜坡沉积的形成过程、浊流运动特征以及物理海洋过程响应等是值得重视的问题;在全球变化影响方面,需深入研究流域变化和生物礁演化与碳埋藏的关系、沉积环境的系统状况转换及动力过程变异、沉积体系演化的定量模拟方法等问题;在地层记录方面,应加强陆架与海岸沉积体系中会球变化记录的高分辨率信息提取、多种沉积记录信息的整合方法、沉积体系和记录形成的数值模拟、气候变化效应的地层记录模拟、沉积体系的信息分析模型等研究.     

中国玛珥湖及其研究意义

随着全球变化研究的深入,科学家们认识到古气候变化除轨道尺度的冰期/间冰期旋回之外还存在年代际-千年尺度的高频变化和突变事件。要认知这些变化,古气候记录的时间分辨率要达到"年-年代际"。因此,寻求时间跨度长、连续性好、信息丰富的高分辨率记录是过去全球变化研究面临的主要任务之一。玛珥湖为火山射汽喷发形成的封闭湖泊,由于其独特的形成机制及水文背景,使其能够提供数万年乃至几十万年连续稳定的沉积记录,是高分辨率古气候、古环境变化研究的重要对象。中国玛珥湖得天独厚,从热带到寒温带均有分布,为系统研究中国不同气候区各种时间尺度古气候变化规律提供了理想材料。本文基于中国玛珥湖的分布及沉积特征,探讨玛珥湖沉积记录能够为古全球变化研究做出怎样的贡献,解决什么科学问题,具体包括以下三个方面的内容:(1)在轨道尺度上,精确定位现代气候在地质历史中的位置是未来最具挑战性的科学问题之一。我国热带地区玛珥湖沉积物跨越了至少4个冰期-间冰期旋回,能够为理解冰期驱动机制、下一次冰期来临、高低纬关联等关键科学问题提供多学科数据;(2)千年尺度古气候变化,其成因可能源于不同的动力学机制,是气候系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果,因此千年震荡可能存在明显的时空差异。集成不同气候带的玛珥湖沉积记录将为理解千年震荡规律及其驱动因子做出贡献;(3)年-年代际气候变化是预测未来气候变化的基础,PAGES、IPCC以及PAGES-Asia 2K均将过去2千年来气候变化作为预测未来几十年至百年尺度上重大全球变化的背景,并为此构建全球数据体系,玛珥湖沉积特别是纹层沉积记录能够填补某些地区高分辨率数据的空白。     

全球变化科学的进展

全球变化科学对揭示和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、变化规律及人类活动对地球表层环境系统的影响具有重要的意义。从深海氧同位素曲线的建立与米兰科维奇理论的发展、高分辨率冰芯记录的研究、短周期气候变化、突变事件的发现、南北半球古气候对比的研究以及我国学者对过去全球变化研究的贡献等角度论述了地球环境变化历史的研究进展；并在对温室效应和全球气候变暖、臭氧洞、土地利用和土地覆盖的变化以及水资源等研究和现代观测资料分析的基础上，阐述了人类活动对地球环境的影响；提出了当前全球变化科学研究的发展趋势以及在新世纪全球变化科学所面临的挑战。     

东北地区以泥炭为信息载体的全新世气候变迁研究进展

泥炭作为一种地质信息载体,在全球环境变化研究中起着越来越重要的作用。我国东北地区地处全球变化的敏感区,泥炭地研究的意义更为显著。笔者针对近年来东北地区泥炭地研究的多种成果,对该区全新世以来泥炭沉积和区域气候变迁历史进行了系统分析。得出:①东北地区泥炭有三次沉积高峰,分别始于早全新世、中全新世与晚全新世初期;②该区10000a以来大体上经历了冷湿-温暖适宜-凉湿-温暖偏干-冷干-寒冷略湿-变暖这样一个气候变迁过程。     

中国湖泊沉积记录的环境演变:研究进展与展望

综合分析了８０年代后期以来中国湖泊沉积与环境演变研究的新进展,着重对湖泊沉积记录与亚洲古季风变迁、青藏高原湖泊沉积与环境演变、人与自然相互作用的湖泊响应等方面进行了扼要综述,指出今后研究的方向是：湖泊沉积环境指标与气候要素关系的定量研究、高分辨率环境演化时间序列与空间分异规律、现代湖泊沉积动态过程与环境、中国第四纪湖泊数据库与全球变化研究、科学交叉及与其它地质记录的比较研究。     

岩溶动力系统与全球变化研究进展

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础,它记录着地球历史时期的环境变化,是地球最大的碳库,对地球大气和生命演变起到重要作用;现代全球岩溶分布面积2200万km~2,占陆地面积的15%,岩溶动力系统是地球表层系统的重要组成部分,全球25%的人口依赖岩溶地下水资源的供给,岩溶生态系统的脆弱性制约着区域经济社会发展;本文主要针对近30年以来,岩溶学科发展进行综述,包括岩溶动力学概念、内涵与发展,驱动岩溶发育的地质-生态机制,岩溶动力系统与碳循环新进展,岩溶动力系统与水循环新进展,岩溶动力系统与钙循环新进展;岩溶动力系统与全球环境变化研究发展展望(岩溶关键带下的资源环境效应及国际大科学计划的启动)。     

陆地热泉钙华研究进展与展望

陆地热泉钙华是沉淀于富Ca2+和HCO₃-热泉（普遍T≥30℃）的陆地碳酸盐沉积物/岩。热泉钙华独特的形成环境、岩石矿物学特征、地球化学特征和流体性质对古环境、古气候、早期生命起源、新构造运动、陆相热水沉积学、地热资源等方面研究具有重要指示意义。尽管相关学者对陆地热泉钙华开展了相关研究,但由于热泉钙华沉积-成岩过程中受复杂外界条件控制,其时空分布、沉积特征、矿物组成、地球化学特征、微生物作用、流体来源、成岩作用、古气候记录等系列科学问题有待深入研究。在国内外大量文献的基础上,结合研究团队对云南腾冲火山地热区热泉钙华的认识,综述了目前国内外学者对陆地热泉钙华的研究进展,总结了热泉钙华研究意义,提出了当前热泉钙华研究存在的问题及下步研究方向,为更加全面地认识陆地热泉钙华沉积及未来研究提供启示。     

A Knowledge Co-production System for River Basin Management under Changing Environment

提出全球气候变化与世界社会经济动荡等变化环境下流域可持续发展的科学内涵、制约因素以及解决途径。以自然与社会协同进化的复杂系统作为变化环境下流域概念的抽象表征,以科研能力与管理能力作为流域可持续发展的重要影响因素,以流域管理中科学研究与管理实践的相互作用机理为出发点,分析当前流域管理中科学研究与管理实践的种种错位,提出适应变化环境的流域管理知识创新机制,为提高流域科研水平、充分发挥科学在流域可持续发展中的作用提供理论支撑。     

湖泊古气候、古环境重建与生物标志物

正全球变化与区域响应一直是人类生存所面临的重大科学问题,是维系当今社会可持续发展的关键。通过一系列高精度的仪器分析,重建高分辩率的古气候、古环境记录可以系统探究历史时期的气候变化过程及驱动机制,从而理解现代气候的变化模式,并为全球变暖背景下未来气候变化趋势预测提供重要的历史依据(图1)。古气候、古环境变化的信息来源与带有时间属性的介质有关,如树木年轮、冰芯、石笋、黄土、湖泊沉积、海洋沉积和沼泽泥炭沉积等(图2)。这些重要地质材料的一个     

早古近纪陆相断陷型湖泊物质分异作用及其对“PETM”事件的响应:以济阳坳陷孔店组为例

古近纪早期,地球上发生了古新世-始新世极热气候(PETM)事件,严重影响全球碳循环过程和海陆生态环境系统.依据普通薄片、元素分析、碳同位素、TOC等实验结果.研究了渤海湾盆地济阳断陷湖盆古新世-始新世时期的湖泊环境时空波动变化及其对PETM事件的响应,发现济阳断陷湖盆早期经历了多旋回的演化过程,湖盆中碎屑物质和化学物质的分异作用同时发生,陆地风化作用和化学沉积物质分异指示了极热气候的变化过程;该时期湖水为逐渐咸化的盐湖环境,具有空间的分带性和时间的阶段演化性,湖水咸化是热气候事件发生的直接响应;湖泊的时空波动演化经历了古新世-始新世时期的极热气候(PETM)事件,该事件早期湖泊尚未完全咸化,浮游生物比较繁盛,早期浮游植物对12CO₂的吸收,会导致短暂的湖泊古生产力较高,但是随着湖盆逐渐咸化,生物的活动存活较难,主要以旱生植物为主,古生产力降到最低.由于过量的12C吸收沉淀,造成湖泊沉积记录中的δ13C明显负偏,最大可达5×10-3.由此证实全球PETM事件影响了古新世-始新世之交济阳断陷湖盆的时空演化和物质分异过程.      

环境磁学在古气候环境研究中的回顾与展望

基于磁性矿物的性质变化能敏感记录现在和地质历史时期的气候环境变化信息,环境磁学方法能鉴别环境演化过程中磁性物质在大气圈、水圈和岩石圈中运移、沉积和转化的过程,系统介绍了沉积物中磁性矿物的特征和鉴别方法以及主要的环境磁学参数和意义,着重回顾了环境磁学在以黄土、湖泊和海洋沉积物为载体的古气候环境研究中的应用及其取得的重要进展,指出了环境磁学在古气候环境研究过程中要加强多磁学参数综合应用,促进地质记录和磁学指标之间的定量研究,有利于理解不同沉积物的磁性矿物特征和环境变化过程的相关关系。同时强调沉积物还原成岩作用过程的环境磁学研究是目前以至今后发展的一个重要方向。     

论变化环境下流域管理的知识创新

提出全球气候变化与世界社会经济动荡等变化环境下流域可持续发展的科学内涵、制约因素以及解决途径。以自然与社会协同进化的复杂系统作为变化环境下流域概念的抽象表征,以科研能力与管理能力作为流域可持续发展的重要影响因素,以流域管理中科学研究与管理实践的相互作用机理为出发点,分析当前流域管理中科学研究与管理实践的种种错位,提出适应变化环境的流域管理知识创新机制,为提高流域科研水平、充分发挥科学在流域可持续发展中的作用提供理论支撑。     

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

鹤庆盆地湖相岩心磁化率记录及其古环境意义

鹤庆盆地位于受印度季风影响的中国西南地区, 沉积连续, 厚度大, 是古环境研究的理想场所。本文主要通过对鹤庆湖相岩心磁化率记录的分析研究, 并结合碳酸盐、烧失量和粒度特征对古环境变化的响应机理, 探讨了沉积物中磁化率的古环境指示意义。本研究发现, 磁化率与碳酸盐和烧失量具有显著的相反变化; 而与粒度的关系较为复杂。磁化率与指示粗颗粒变化的中值粒径在含砂(砾)层具有较好的正相关关系; 与指示细颗粒变化的 < 4μm颗粒的相对含量, 在湖相粘土沉积中具有较为明显的正相关关系, 表明湖相沉积物中的亚铁磁性矿物主要来自于外源带入的粘土粒级碎屑物中。通过分析磁化率对古环境变化的响应机制, 并结合碳酸盐含量、烧失量和粒度变化特征, 本研究认为鹤庆盆地湖相岩心的磁化率记录可以用来反映水动力对物源区地表的侵蚀强度和搬运状况, 与流域内植被覆盖和降雨量密切相关。在干旱的冰期, 植被覆盖度较低, 地表侵蚀加剧, 带入湖泊的粘土粒级碎屑含量增加, 磁化率增高; 在湿润的间冰期, 植被覆盖度较高, 地表侵蚀减弱, 粘土粒级碎屑物的带入量减少, 磁化率降低。      

地球化学方法示踪东亚大陆边缘源汇沉积过程与环境演变

东亚大陆边缘发育特征的河控型边缘海沉积,其源汇沉积过程的深入研究对于深入理解地球表生过程、物质循环和大陆边缘构造沉积演化特征,具有重要意义。东亚边缘海沉积地球化学研究主要集中于几方面:入海河流沉积物的地球化学组成示踪沉积物源区的风化剥蚀特征,河口陆架区沉积地球化学行为;通过大陆边缘的沉积地球化学记录,探讨不同时空尺度河流入海沉积物的通量、搬运扩散方式及其蕴含的季风气候和海区环境演化信息。目前相关研究与国际前沿水平依然存在较大差距,需要从海陆结合的地球系统科学角度,通过地球化学与其他学科方法交叉的研究手段,从整体上研究东亚大陆边缘的沉积过程,揭示从流域到河口、陆架至开阔海的沉积物源汇系统过程和环境演变规律,及东亚大陆边缘沉积和海陆相互作用的全球意义。     

The Eocene-Oligocene Climate Transition: Review of Recent Progress

始新世—渐新世(E-O)气候转变(34Ma前后)是新生代气候演化过程中最显著的变冷事件之一,标志着地球气候由“温室”进入“冰室”.这一转变伴随着地球环境的一系列重大变化,对于研究新生代气候变冷的驱动机制、区域气候对全球重大气候事件的响应方式、重大气候事件对生态环境及生物演替的影响等具有重要意义.近年来地质记录和气候模拟在E-O转变研究上取得了一系列重要进展:①不同纬度区的地质记录揭示出这一转变伴随着全球性的显著降温,指示其触发因素是全球性的;②气候模拟研究揭示出大气CO2浓度降低及与之联系的全球碳循环变化是导致这一转变的主因,否定了传统认为的环南极流形成导致E-O气候变冷的假说;③深海沉积记录揭示出这一转变过程持续400～500ka,表现为全球降温和南极冰盖形成先后两阶段变化;④海—陆气候记录的对比初步揭示出陆地区域的干旱化可能主要与全球降温(对应于E-O转变的第一阶段)相关.当前对E-O气候转变的研究还存在地质记录分辨率不够高、模拟结果与地质记录不完全吻合、陆地记录相对较少等方面的不足.更精确的大气CO2浓度和温度的重建、更多高分辨率海—陆气候记录的研究以及古气候数值模拟的改进有望进一步揭示出E-O转变过程中气候系统各要素的变化特征和相互关系,为更深入认识这一转变的驱动机制提供依据.     

陆地热泉硅华研究进展与展望

陆地热泉硅华是活动地热环境下,富含硅酸盐热液流体在地表形成的沉积物,其独特的微生物结构及地球化学特征对潜在地热资源、古环境、古气候、早期生命起源等研究具有重要指示意义。尽管近年来地质学家对形成陆地热泉硅华的热源类型、硅华结构特征、共生矿物、同位素及微量元素特征、微生物在成岩中的作用等方面做了不少研究,但由于热泉硅华沉积-成岩过程中受包括热储岩性、热泉水蒸发冷却、pH值改变、微生物生长等复杂外界条件影响,其形成环境、发育特征和控制因素等系列科学问题有待深入探讨。在国内外大量文献调研的基础上,结合近期对云南腾冲热海地热区硅华的研究,综述了目前国内外对陆地热泉硅华的研究进展,总结了陆地热泉硅华具有矿物种类多样、结构形态丰富、地球化学特征复杂、与地热系统热源关系密切等基本特征,还总结了影响陆地热泉硅华形成中冷却、蒸发、pH值、阳离子效应、微生物活动等非生物和生物控制因素,提出了当前陆地热泉硅华研究存在硅华结构成因解释不明确、微生物与热泉硅华微结构间的关系及微量元素和同位素地球化学研究薄弱、人类活动对硅华沉积影响使得研究更复杂等问题,指出下一步应加强同位素分馏、微量元素及常量元素在硅华沉积-成岩中的作用机理研究;通过全面的地球物理-化学-微生物关系分析,明确热泉硅华成因;弄清控制硅华沉积的因素及微生物在硅华生长中的作用;深入了解热泉硅华形成的复杂性及其在全球范围内的相关性,从而更加全面地认识陆地热泉硅华沉积,并为下一步研究提供启示。