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.     

中国晚始新世—早渐新世地层孢粉组合及其古气候特征

始新世—渐新世是从65Ma恐龙绝灭以来新生代地球历史上最重要的事件, 此时地球从“暖室”过渡到“冰室”, 全球气候突变, 南极冰首次出现, 气候突变引起生物的大绝灭, 而我国的孢粉组合也有明显的变化特征.根据我国各个区始新世晚期—渐新世早期地层中孢粉组合的演化规律来探讨当时我国的古气候变化规律, 研究认为中国从始新世晚期到渐新世早期总体上亚热带、热带植物成分丰度和分异度都降低, 温带植物如桦科和榆科花粉大增, 耐寒山地针叶植物大量发育, 干旱类型植物增加, 草本植物开始繁盛.这些反映了从始新世晚期到渐新世早期植被组成由热带亚热带常绿阔叶树为主的针阔叶林转变为落叶树为主的针阔混交林, 说明晚始新世气候温暖湿润过渡到早渐新世气候变干变冷.孢粉植物群所反映的我国气候变化趋势与全球气候变化趋势一致, 说明我国的陆地也受全球构造的演变和南极大陆冰盖的影响.      

西藏伦坡拉盆地晚始新世—早渐新世黏土矿物特征及古气候意义

始新世—渐新世是新生代气候从“温室”向“冰室”转变的重要节点,也是青藏高原及邻区气候格局发生重大变革的关键时期。为了重建高原中部腹地始新世—渐新世的古气候演变特征,探讨古气候变化的控制因素,利用X射线衍射分析对高原中部伦坡拉盆地382道班剖面的黏土矿物特征进行了综合研究,结果显示,伦坡拉盆地在始新世—渐新世牛堡组二段沉积的黏土矿物主要以伊利石为主,伊/蒙混层次之,高岭石与绿泥石含量极少,蒙脱石仅出现在极少样品中。黏土矿物类型及组合特征指示伦坡拉盆地在该时期整体处于寒冷干旱的气候条件,但在长周期趋势下伊利石相对含量逐渐减少,伊/蒙混层逐渐增多,显示出青藏高原中部地区的气候系统在晚始新世—早渐新世时期存在向更加湿润的气候条件转变,这种气候系统的改变可能与南亚季风在晚始新世的演化所带来的更多水汽条件和青藏高原中部中央分水岭的形成有关,但在始新世与渐新世之交,伊利石含量陡然增多,而伊/蒙混层含量则减少,且两者频繁波动,这反映了该盆地在EOT时期受到全球降温的影响。

     

西宁盆地始新世/渐新世过渡期孢粉植物群特征及其意义

始新世-渐新世之交(EOT), 全球气候急剧变冷, 由"温室期"进入了"冰室期", 是新生代以来重大气候事件之一。为了更好揭示该时期陆地气候环境变化过程及其对全球变化的响应机制, 本文选取位于青藏高原东北缘西宁盆地始新世/渐新世过渡期的地层, 通过距离西宁市区约7km的塔山村一带(36.5°N, 101.8°E) 的塔山剖面马哈拉沟组中的孢粉样品分析, 建立了两个孢粉组合, 自下而上为:Ⅰ Nitrariadites-Meliaceoidites-Quercoidites(35.4~33.9Ma), Ⅱ Quercoidites-Labitricolpites-Qinghaipollis(33.3~33.2Ma), 表明西宁盆地植被由晚始新世的暖温带半干旱的疏林灌丛、疏林, 在早渐新世向干旱的温带疏林草原的转化, 指示该区域在33.9~33.3Ma期间气温明显下降并伴随干旱化持续现象。西宁地区该植被变化可能是对EOT时期全球变冷事件的响应。     

始新世-渐新世界线的全球气候事件：从“温室”到“冰室”

新生代以来,全球气候在持续不断的变冷,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",经历了多次冰盖扩张的变冷事件。始新世-渐新世界线（E/O）附近,δ¹⁸O值大幅度正偏,在短期内由 1．2‰迅速增加到 3．0‰,底层海水温度从12 ℃降低为 4．5 ℃。保存在大洋和大陆中的记录表明：E/O界线附近,全球气温大幅降低,海陆生物均有不同程度的灭绝,指示了气候变冷、变干的趋势。始新世-渐新世转换期间,南极洲与澳大利亚之间的塔斯曼尼亚海道和南极洲与南美洲之间的德雷克海峡（DrakeStrait）相继打开,形成环南极洋流,从而阻止赤道地区的热量向南极传送,导致南极大陆"热隔绝",使南极大陆东部为冰川所覆盖。最近的研究显示,E/O事件是与大气CO₂含量快速变化密切相关的瞬时气候变化,其变化速率类似于现今地球由于人类活动引起大气CO₂的变化,表明大气CO₂浓度的变化在这一事件中起了极为重要的作用。     

晚始新世-早渐新世渭河盆地古气候变化的碳酸盐记录

晚始新世-早渐新世转变期（约34 Ma,EOT）温度降低是新生代显著气候事件之一,对亚洲环境演变有深刻影响。本研究基于渭河盆地厚度为413.95 m的支家沟剖面34.89~31.51 Ma时段的河湖相沉积,获得高分辨率总碳酸盐、方解石含量变化序列,结合薄片及扫描电镜分析,尝试建立晚始新世-早渐新世渭河盆地气候和环境演变时间序列,探讨EOT期间渭河盆地古气候对全球温度变化的响应。镜下岩石薄片鉴定显示,沉积物粒度变化与岩相变化对应较为一致。34.89~33.89 Ma,高含量的总碳酸盐、方解石指示气候较为温暖干旱,沉积序列指示从滨湖相向湖泊三角洲相过渡;33.89~33.09 Ma期间,低含量的总碳酸盐、方解石指示气候偏凉且相对湿润,沉积环境为湖泊三角洲向滨浅湖过渡,水位逐渐上升;33.09~31.51 Ma,总碳酸盐、方解石含量变化与地层岩性变化有较好的一致性,此时沉积相为滨湖相,湖泊水位可能高于34.89~33.89 Ma,但低于33.89~33.09 Ma。结合全球温度变化序列,本研究认为渭河盆地始新世晚期-渐新世早期湿度变化可能受全球温度驱动的蒸发量控制,但明确的驱动机制有待进一步研究。

     

渭河盆地始新世-渐新世沉积物源变化的钻探样品Sr和Nd同位素证据

始新世暖期和始新世-渐新世降温阶段（EOT）在地球气候系统演化中具有代表性,对认识现代全球变暖过程和机制有参考价值。渭河盆地堆积了始新世以来连续的河湖相沉积序列,对其进行沉积物源示踪研究有助于重建渭河流域地貌演化、沉积过程和气候环境变化。本研究对渭河盆地新生代沉积中心固市凹陷荔参1井（钻探井深6535 m）下部的始新世红河组（6527~5529 m）和渐新世白鹿塬组（5315~4759 m）样品进行了Sr和Nd同位素分析,探索古近纪渭河盆地的物源变化过程。结果显示,红河组样品Sr和Nd同位素平均值分别是⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.716127和ε_Nd=-13.5,白鹿塬组Sr和Nd同位素平均值分别是⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.720461和ε_Nd=-12.4。分粒级（< 2 μm,2~64 μm和>64 μm）Sr和Nd同位素测试结果表明,粒度效应对渭河盆地始新世-渐新世沉积物硅酸盐矿物的Sr同位素值影响较大,而对Nd同位素影响较小,表明硅酸盐矿物Nd同位素值可作为渭河盆地沉积物物源的指示。结合潜在源区Sr和Nd同位素分布特征,发现渭河盆地始新世和渐新世沉积物主要来自于秦岭造山带和鄂尔多斯地块的贡献,其物源变化与构造抬升和气候演变密切相关。渭河盆地始新世和渐新世沉积物传输和堆积过程与晚新生代相似,具有相对稳定的两端元物源,为利用红河组和白鹿塬组沉积序列重建古气候古环境奠定了良好的基础。

     

陆相渐新统划分中的问题及新进展

近年来国际上关于始新世－渐新世界线的研究取得了重大进展，其同位素年龄被确认为３４Ｍａ，北美哺乳动物年代表已据此重新厘定。通过对哺乳动物群的分析和对比，论证了我国原认为是早渐新世的乌兰戈楚期和呼尔井期的时代应改归晚始新世，原认为是中渐新世的三达河期的时代应为早渐新世。在亚洲始新世－渐新世的界线不是在乌兰戈楚期之末，而是在呼尔井期与三达河期之间。     

青海纳日贡玛始新世-渐新世含矿斑岩体地球化学特征

纳日贡玛一带的始新世-渐新世斑岩体多以不规则小岩株形式产出,由二长花岗斑岩组成;岩石化学类型为亚碱性的富钾钙碱性系列,SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Na₂O、LREE,Sr、Rb、Ba、Th、Ce、Mo、Cu、Au、Ag含量高,CaO、TiO₂、HREE、Y、Yb、Cr、Sc、Co、Ni亏损。稀土分馏明显,Eu异常不明显。斑岩源岩为壳源,有洋壳物质的混染;其形成模式为陆内俯冲导致软流圈上涌,并向下地壳注入诱发下地壳物质熔融产生岩浆。     

西藏伦坡拉盆地牛堡组二段晚始新世－早渐新世地球化学特征与古气候意义

伦坡拉盆地位于青藏高原腹地,是感应高原隆升过程和环境变化效应的核心地带,不仅能够记录大陆碰撞过程、岩石圈和地壳变形历史,也是获取高原腹地地形地貌演化环境和气候变迁信息最理想的场所。为揭示伦坡拉盆地晚始新世－早渐新世古气候信息,选取盆地西南缘382道班剖面牛堡组二段细粒沉积物样品,通过主、微量元素分析,采用元素组合（C值）、Rb/Sr、Sr/Cu和Sr/Ba等比值以及化学蚀变指数（CIA）、元素风化指数（α）、Ln(Al₂O₃/Na₂O)等多种化学风化指数研究了源区风化作用强度,讨论了古气候演化特征。结果表明：伦坡拉盆地牛堡组二段沉积期古气候整体较为干旱,但在始新世－渐新世之交存在一个明显的降温事件,该降温事件并不局限于伦坡拉盆地,在青藏高原及周缘其它地区也被广泛记录,是新生代始新世－渐新世全球降温事件的陆内响应。

     

东太平洋573孔始新世末渐新世纪地层特征及稀土元素地球化学

根据深海钻探样品分析，对东太平洋地区573孔始新世末渐新世初的地层进行了研究，尤其是研究了其稀土元素地球化学特征。各层球粒陨石标准化值曲线平缓，重稀土相对富集，各层Ce严重亏损（第2层轻度亏损），各层的Eu仅轻度亏损。始新世与渐新世的界线地层含钨粘土层的稀土元素含量明显比其它层含量高得多。此外，该层还富含Fe及指示地外成因的Ni、Co、Ir等元素，且底部富含微玻璃陨石。这些特征说明该含金属粘土层的形成与火山活动有显关系，其底部可能还与陨击作用相联系。从区域地质情况来看，始新世末期有明显的生物灭绝和环境变化，微玻璃陨石广泛发育，说明该时期明显的灾变事件发生。     

我国陆相渐新世哺乳动物群的划分及排序

亚洲渐新世不是原认为的三分，而是仅包括两个期：早渐新世三达河期和晚渐新世塔奔布鲁克期。我国渐新世的地方动物群排序为：早渐新世包括（从早到晚）克克阿木、乌兰布拉格早期和乌兰布拉格晚期３个动物群；晚渐新世包括（从早到晚）４个动物群：沙嘎特动物群、塔奔布鲁克动物群、伊克布拉格动物群和索索泉动物群。“始新世末事件”在亚洲也很明显，主要表现为较原始的古老的哺乳动物在渐新世初就大量迅速绝灭。在渐新世期间，哺乳动物的变化主要表现为进化程度上的演变和替代。上述演变主要与当时全球的气候变冷、变干燥和亚洲地形的变化有关。     

甘肃兰州盆地渐新世古气候参数重建

本文对甘肃兰州盆地渐新统韩家井组的9科11属20种植物化石进行了共存分析,重建了该地区渐新世古气候各参数:年均温(MAT)为-1.4℃～10.9℃,最热月均温(MWT)为9.6℃～27.3℃,最冷月均温(CMT)为-4.4℃～-12.5℃,年较差(DT)为28.0℃～29.8℃,年均降水量(MAP)为315.7～492.2mm,平均最大月降水量(MMaP)为70.5～93.5mm,平均最小月降水量(MMiP)为0.4～11.1mm。分析表明相对于当前气候来说,兰州盆地在渐新世时接近现今甘肃武山地区气候特征,降水量多,气候更加湿润。     

青藏高原渐新世构造岩相古地理

在研究区已发表的渐新统资料的基础上,分析了青藏高原渐新世残留盆地的构造背景、岩石地层序列,并对青藏高原渐新世构造岩相古地理特征进行了讨论,该时期总体地势格局仍为东高西低,塔里木、柴达木、羌塘、可可西里、成都等地区主体表现为大面积的压陷湖盆沉积,冈底斯、喜马拉雅和喀喇昆仑等大面积隆升,沿雅鲁藏布江自东向西的古雅江河形成。渐新世构造岩相古地理的演化特征揭示出该时期青藏高原及邻区构造隆升与沉积响应的耦合关系,划分出2个强隆升期,分别是强隆升期A(34～30Ma)和强隆升期B(25～23Ma)。     

广西南宁盆地渐新世孢粉植物群及其古环境意义

文章系统研究南宁盆地琅东高坡邕宁组下含煤段的孢粉,建立1个孢粉组合和3个亚组合.孢粉组合以木本被子植物蕈树科、壳斗科、榆科、胡桃科、杨柳科和木犀科为主,同时见有槭树科、桦木科、芸香科、漆树科、椴树科、冬青科、大戟科、山龙眼科、楝科、珙桐科、忍冬科、山矾科和桑寄生科等成分;草本被子植物花粉少量见到,含莎草科、毛茛科、唇形科、禾本科、菊科、百合科、蓼科、黑三棱科和睡莲科;裸子植物花粉主要为杉科和松科,少量见到罗汉松科;蕨类植物孢子包括凤尾蕨科、水龙骨科、紫萁科、石松科、水藓科和海金沙科.此外,还见有部分藻类分布,含疑源类的皱面球藻属、瘤面球藻属和光面球藻属,亲缘关系不明的环纹藻属以及绿藻门水网藻科的盘星藻属.组合中,裸子植物花粉尤其松科的含量自下而上逐渐减少,藻类主要分布在剖面的中部,蕨类植物孢子更多地见于剖面的上部;因此进而分出3个亚组合.孢粉植物群反映沉积时期的气候温暖湿润,植被类型为亚热带湿生常绿、落叶阔叶混交林.结果表明当时的植物生境稳定、气候温暖,湖泊和湿地逐步发育,在后期形成沼泽环境;孢粉组合一定程度上反映了全球气候在始新世末期急剧变冷后,在渐新世早中期的逐渐回暖过程.     

临夏盆地晚渐新世沉积物中坡缕石的发现及其环境气候意义

为揭示临夏盆地晚渐新世沉积物的矿物组成对环境气候的指示意义, 利用X射线衍射和扫描电子显微分析方法, 对临夏盆地晚渐新世的沉积物的矿物组成以及坡缕石的矿物学特征进行了深入的研究.结果表明, 沉积物中的坡缕石主要为自生成因, 极少量具有碎屑成因.自生成因的坡缕石呈细长丝状的形态特征, 往往沿片状的伊/蒙混层粘土矿物颗粒的边缘交代、生长;碎屑成因的坡缕石呈平直细纤维状的, 以单颗粒形式产出, 与细小的粘土矿物颗粒混杂, 或叠合在片状粘土矿物颗粒的表面.在临夏盆地晚渐新世沉积物中, 下段岩层中的粘土矿物组合为伊利石、伊/蒙混层粘土和高岭石;中段岩层的为伊利石、伊/蒙混层粘土;而上段岩层则为伊利石、伊/蒙混层粘土和绿泥石, 反映在盆地形成之后, 气候演化经历从湿润→冷干的变化过程.而沉积物中坡缕石的含量自下而上逐渐增多, 其分布特征与粘土矿物组合所反映的气候环境变化趋势相吻合.伊利石和伊/蒙混层粘土普遍存在于临夏盆地晚渐新世沉积物中, 伊利石、伊/蒙混层粘土和高岭石的共存表明这些粘土矿物具有不同的来源.坡缕石是干旱、半干旱地区泥灰岩风化以及风成沙漠尘土沉积物的特征矿物, 临夏盆地晚渐新世的沉积物中碎屑成因坡缕石的发现, 表明自~9Ma以来便出现风成黄土的沉积.      

渐新世初大冰期事件:南大西洋ODP1265站的记录

始新世—渐新世(EO) 过渡期间, 地球由两极无冰的“温室地球”进入到南极有冰的“冰室地球”, 其中以发生在早渐新世初的大冰期事件尤为意义重大.南大西洋ODP1265站氧碳稳定同位素在EO过渡期间发生重大变化, 表明早渐新世全球气温迅速下降, 南极大陆东部首次出现大规模永久性冰盖, 同时全球碳储库发生重大改组, 这一结果与全球其他地区的记录一致.碳酸盐含量、粗组分、浮游有孔虫碎壳率以及碳酸钙软泥的粒度在EO界线附近都发生了突变, 指示了海洋表层生产力的升高、碳酸盐补偿深度(CCD) 的突然加深以及气候快速变冷对生物和碳酸盐沉积的影响.      

可可西里盆地早渐新世雅西措群沉积环境分析及古气候意义

可可西里盆地是青藏高原腹地最大的第三纪沉积盆地,第三纪沉积地层包括早始新世 -早渐新世风火山群、早渐新世雅西措群、早中新世五道梁群。其中,雅西措群为紫红色、砖红色泥岩、含膏泥岩与紫红色粉砂岩、细砂岩韵律互层,夹白色石膏薄层和石膏结核层,沉积厚度为 6 70.0m,沉积环境主要由河流和湖泊环境组成,并以湖泊环境为主,古水流方向反映盆地沉积中心逐渐向东向北迁移。雅西措群中石膏层的突然大量出现发生在底部地层距今约32.0Ma,体现了渐新世最早期的全球变冷变干事件在青藏高原北部的记录。     

始新统-渐新统界线全球变冷事件在柴达木盆地中的记录

以高分辨率磁性地层学为基础,精确地厘定了柴达木盆地西北缘红三旱剖面上、下干柴沟组沉积地层的时代、沉积速率,揭示出36Ma前后柴达木盆地经历了一次短暂的构造活动引起的沉积速率增大,与60～40Ma期间印度板块与欧亚大陆碰撞造成阿尔金断裂再次强烈活化,促使柴达木盆地西北缘山脉形成紧密相关。综合分析沉积物的岩相学、砂岩成分、稳定同位素等与始新统—渐新统界线全球变冷事件的相关性,表明该地区的沉积物记录了始新统—渐新统界线全球变冷事件。