新元古代冰期及其年代

新元古代在全球范围内出现了几期冰期事件,称之为“雪球地球”事件。这种剧烈的环境变化带来此后地球上生命演化的一次飞跃。“雪球地球”事件的核心是全球冰期的同时性,需要同位素地质年代学的证据。新元古代末期两次主要的冰期事件是Marinoan冰期和Sturtian冰期,其中Marinoan冰期结束于635Ma;Sturtian冰期可能发生在710～720Ma,已发表的年龄数据限定它在670Ma之前结束。Marinoan冰期后的Gaskiers冰期发生在580～590Ma。对华南的古城、铁丝坳、长安组、江口组等进行进一步精确定年,将对限定Sturtian冰期持续时间和Cryogenian、南华系的下限年龄具有重要意义。     

新发现 新观点 新动态

冰期出现并无规律传统理论认为,地球轨道的摆动决定了地球的冰期。最近美国科学家在内华达沙漠地区裂谷中搜集的证据有可能推翻这一理论。他们认为,大洋中的水循环、大气的温室效应和冰壳的运动三者之间无规律的相互作用,造成了冰期的不规律出现,地球轨道的变化也许是一个因素,但决不是主要因素。     

湖南湘潭湘锰组黄铁矿Fe同位素初步研究

<正>新元古代晚期,出现了两次全球性冰期事件,被称为"雪球地球"事件(Hoffman and Schrag,2002)。两次冰期的间冰期海水性质对深刻认识地球早期生物演化具有十分重要的意义。扬子地区广泛发育的南华系包括了从Sturtian冰期到Marinoan冰期的连续沉积,是全球最完整的间冰期地层,系     

成冰纪全球冰期事件的环境效应研究进展

成冰纪全球冰期是地球历史上最极端的冰室气候事件,冰川作用波及赤道区域,全球可能都遭受了冰封,海洋广泛缺氧,生物演化进程迟滞。然而,冰期结束之后,大气氧浓度迅速升高,海洋发生逐步氧化,大型带刺疑源类和真核多细胞藻类在埃迪卡拉纪开始繁盛,出现最早的动物,地表生物圈发生了翻天覆地的变化。显然,成冰纪全球冰期事件是地球系统演化的重要转折。认识冰期的环境效应是认识埃迪卡拉纪生物演化的关键,也是打开地表宜居环境演化的钥匙。本文总结了近年来成冰纪全球冰期的气候假说、冰期沉积特征、海洋氧化还原条件及冰期后的大气与海洋环境剧变等方面的研究进展,简要分析了全球冰期研究中存在的问题,并对该领域未来研究提出了展望与建议。     

地球系统演化过程中的主要矛盾──汤懋苍教授关于“气候变化地心说”的新探索

地球系统演化过程中的主要矛盾──汤懋苍教授关于“气候变化地心说”的新探索关键词地球系统演化，气候变化，冰期旋回１大冰期旋回（１０８年）与银、地磁耦合在地球的４６亿年演化史中，曾出现过７次大冰期，关于它的成因已经提出了很多假说，但都不能令人满意。汤懋苍...     

季风亚洲末次冰期的古冰川遗迹

季风亚洲末次冰期可统一称为大理冰期,古冰川首次出现于东亚海岸山地,内陆高山高原则冰川规模缩小。早期大理冰期冰川规模大于晚期,是季风亚洲的特色。古雪线在亚洲东海岸形成向南弯曲的大槽,是大理冰期夏季风衰弱、海陆的干湿对比加剧以及东亚大槽南移的结果。53000—27000aB.P.之间为萨拉乌苏-卡尔金斯克大间冰段,气候冷暖多变,西伯利亚冻土融化,华北平原为喜冷云杉林占据,内陆湖水面普遍升高。构造运动对古冰川发育有明显影响。青藏高原大冰盖是不存在的。     

塔里木地块新元古代冰期事件研究进展

新元古代冰碛岩地层记录了“雪球地球”极端气候事件重要的地质信息。塔里木地块东北缘库鲁克塔格地区、西北缘阿克苏地区和西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。文章基于塔里木地块周缘新元古界详实的野外地质调查工作,综合了地层学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,聚焦冰碛岩地层沉积时代这一核心问题,建立新元古代冰期格架。冰期事件对比显示,贝义西冰期(库鲁克塔格地区)相当于Kaigas冰期(国际),阿勒通沟冰期(库鲁克塔格地区)、巧恩布拉克冰期(阿克苏地区)、波龙冰期(叶城地区)相当于Sturtian冰期(国际),特瑞爱肯冰期(库鲁克塔格地区)、尤尔美那克冰期(阿克苏地区)、雨塘冰期(叶城地区)相当于Marinoan冰期(国际),汉格尔乔克冰期(库鲁克塔格地区)相当于Gaskiers冰期(国际)。同时基于冰期事件对比关系,建议根据国际地层委员会的最新划分方案将塔里木地块南华系底界调整为与全球性Sturtian冰期沉积底界相当的层位。通过探讨新元古代冰期事件与古老烃源岩发育的耦合关系,分析了新元古界优质烃源岩的发育潜力,指出塔里木地块新元古界具备良好的油气成藏地...     

早新生代温室气候及冰期气候转型的模拟研究

早新生代是地质史上最后一个温室气候期,随后南极冰盖形成,地球进入到晚新生代冰期。温室气候的成因和冰期气候转型的机制一直是国际相关学界关注的问题。评述国际上对此开展的古气候模拟,反映了早新生代温室气候受到了海洋和大陆的地理位置、暖海洋温盐环流和海洋热输送、太阳辐射和大气CO2浓度变化的作用和影响。古气候模拟还反映了早新生代温室气候转向冰期气候,受到了大洋通道改变和高原构造隆起、大气成分变化以及海陆生态系相互的作用和反馈。这些古气候模拟试验锁定在气候变化的关键时段和重要驱动因子,对测试地球内外驱动力和地球各圈层反馈作用提供了重要的科学依据;温室气候以及趋向冰期气候的模拟研究对探讨气候变化内在机制、预测未来气候具有重要意义。      

千百年尺度气候快速变化及其数值模拟研究进展

千百年尺度全球气候快速变化是古气候研究中的一个重要内容。研究发现，末次冰期和全新世都存在着千年、百年尺度的快速气候变化，其变化幅度可以达到典型的地质变化或天文因子所造成的冰期/间冰期的气候振荡幅度，同时这些古气候事件具有全球性。对冰期和全新世气候变化的数值模拟揭示了气候系统对地球轨道参数变化的响应以及海洋、植被、冰盖、温室气体等反馈因子的重要性,其中大洋温盐环流对北大西洋淡水注入的敏感性与末次冰期和全新世气候快速变化密切相联。利用中等复杂程度的气候模式（EMIC）CLIMBER 2模拟了末次冰期典型时段（60~20 ka BP）D/O和Heinrich事件以及东亚气候的响应过程。模拟研究揭示了全新世青藏高原冰雪环境对亚洲—非洲季风气候的显著影响。今后的古气候模拟研究将在改进模式分辨率、结合古气候代用资料确定更加符合历史时期边界条件以进一步改善气候模式的基础上,更加注重气候突变机制的研究以及加强全球变化背景下的区域气候的长期变化研究。     

冰期天文理论研究中的几个问题

在冰期天理论风靡的同时，尚有如下几个问题应予更多的注意：冰期究竟对应地球轨道的高偏心率还是低偏心率？究竟是夏季还是冬季温度对冰期起决定作用？为何南北两半球冰期同步而与岁差理论相悖？本归纳阐述这些问题，以期引起同行们进一步探讨。     

大冰期成因新见——“陆壳型火山与洋壳型火山爆发交响”

与“地球只形成一次”不同，大冰期是一而再、再而三地出现，且仅在最近约600Ma才出现。大冰期的成因得不到解决，应当反省研究思路。前人并没有真正认识清楚大冰期现象。只有认识地质现象，理解地质作用，才能解释其成因。     

南华盆地南沱冰期海水氧化还原特征

新元古代冰期冰盖可能覆盖整个地球表面,冰期海洋环境条件以及真核生物如何度过“雪球地球”的极端环境条件,是学术界普遍关心的科学问题。同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。贵州东部南沱组中发育的同冰期白云岩,为探讨这一时期海洋氧化还原环境提供了理想的材料。利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对采集于贵州松桃一钻孔岩心南沱组中同冰期白云岩进行了稀土和微量元素分析,结果表明:研究区南沱组白云岩稀土元素含量在（10.33~67.91）×10-6之间;Ce/Ce*值范围为0.72~1.12,平均值为0.97;Fe含量（1 470~37 200）×10-6,平均值为9 902×10-6;Mn含量（4 040~17 500）×10-6,平均值为10 476×10-6。白云岩中高的铁、锰含量以及Ce无异常,反映南华盆地南沱冰期海洋基本处于富铁缺氧的状态。与贵州其他两个钻孔岩心中南沱组白云岩的沉积特征和Ce异常特征的对比分析表明,南华盆地南沱冰期近岸海水氧化程度较高,可能反映了冰川融水是同冰期氧气进入海洋的重要渠道,有氧的滨海区域可能为冰期真核生物提供了栖息场所。     

北半球大冰期(约2.73 Ma)前后北太平洋风尘沉积突变

距今约2.73 Ma,北半球高纬地区冰盖急剧发展,北半球大冰期来临,成为最引人注目的事件。北半球大冰期成因已有诸多解释,其中之一是大陆干旱化加剧,输入到大洋的粉尘增多引起海洋铁肥效应增强和生物量增多,吸收了更多大气CO2,使得地球变冷和冰盖增加。作为全球第二大粉尘释放中心,亚洲内陆干旱区释放的粉尘是北太平洋沉积物中主要陆源组分之一。开展北半球大冰期前后西北太平洋沉积物记录的亚洲粉尘研究,有助于深入认识风尘铁肥效应对北半球大冰期形成的可能贡献。文章依据大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,简称ODP)198航次西北太平洋1208钻孔(共钻取沉积物392.3 m;本研究深度121.3 m至130.1 m,时间段为2.62 Ma至2.85 Ma)北半球大冰期前后的高分辨率(约2500年)样品,提取了沉积物中的"风尘组分",计算了风尘通量,研究了风尘通量变化和海洋生产力之间的关联。研究结果显示,约2.73 Ma以来,1208钻孔风尘通量快速增加,已发表的该孔的海洋生产力也表现出快速增加,海水表面温度也快速降低,说明粉尘对海洋的铁肥效应可能是触发北半球大冰期形成的重要因素。文章还测试了"风尘组分"的Nd和Sr同位素,研究了粉尘物源变动。结果显示,塔克拉玛干沙漠是北半球大冰期前后1208钻孔粉尘的主要物源,其中2.73 Ma至2.85 Ma期间Nd和Sr同位素波动较大,推测与火山灰含量较多和戈壁粉尘沉积有关,位置偏北的西风可能是部分戈壁粉尘长距离运输至北太平洋的主要营力。2.73 Ma以来,北极冰盖大量发育,西风位置南移,主要运输塔克拉玛干沙漠粉尘至北太平洋,使得Nd和Sr同位素波动较小,但其中2.72 Ma至2.70 Ma期间出现的Nd同位素偏正、Sr同位素变小很可能是火山灰的突然大量沉积造成的。     

第四纪气候变化机制研究的进展与问题

自从20世纪50年代海洋沉积氧同位素记录被揭示以来,经典的陆地4次冰期理论被新的认识所取代,人们发现第四纪以来冰期—间冰期旋回远远不止4次,并且从深海沉积和陆地黄土获取的古气候变化记录与地球轨道参数变化可以对比,为揭示第四纪古气候变化机制构建了明确的框架。近年来有关末次冰期不稳定气候事件的揭示也为深入认识古气候变化特征提供了新的证据。然而冰期—间冰期旋回机制、南北半球在冰期—间冰期循环过程中的耦合机制以及气候不稳定事件发生机制仍然是困扰古气候研究者的重大问题。     

新元古代“雪球地球”形成与消融及华南板块的记录

新元古代为距今约1 000~540 Ma的地质历史时期,当时地球处于Rodinia超大陆汇聚和裂解期,板块运动和岩浆作用强烈,且伴随全球性气温下降以及大范围的几期冰期作用,形成覆盖整个地球的冰雪,形成雪球地球（Snowball Earth）。就华南板块而言,在新元古代时期存在有几期冰期冰碛物残留,学者们对其的定年工作成果也相当丰富,但对雪球地球的形成和消融因素方面还存在的一定争议,包括形成与消融时间、方式、影响因素等。通过总结前人研究成果,从而提出关于华南板块新元古代“雪球地球”形成与消融因素,即在当时古地理环境下雪球地球的形成与消融是多因素综合性作用的结果,包括地史早期微生物作用、超大陆裂解以及超级地幔柱、甲烷渗漏、冰期岩浆热液作用。从新元古代以来,随着Rodinia超大陆的裂解以及在超级地幔柱作用下,海岸线不断增加,大量微生物以及小壳动物繁殖,呈现峰值增加,CO₂等温室气体含量迅速下降,从而破坏温室平衡。后期由于冰期岩浆热液作用以及海底温室气体CH₄排放,导致温室效应重新加剧,恢复原始地球形貌。     

晚渐新世以来青藏高原北部东昆仑山构造隆升对亚洲内陆干旱化的潜在影响——基于现代地质观测证据

青藏高原的构造隆升—生长过程及其资源环境效应是地球系统科学研究中的一个重要命题。其中,新生代青藏高原构造隆升过程与亚洲内陆干旱化之间的联系是研究的一个热点和难点。本文基于青藏高原从那曲到格尔木沿109国道现代地理要素和景观变化的证据以及大量器测数据和模拟结果讨论了青藏高原具体区域对亚洲内陆干旱化形成演化的重要影响,结果指出东昆仑山对印度季风继续深入内陆具有明显的阻挡作用,是一个重要的水汽屏障。同时本文结合东昆仑山晚渐新世以来主要构造隆升事件与亚洲内陆干旱化关键时间点的高度契合,进一步指出东昆仑山晚渐新世以来的构造隆升对亚洲内陆或者至少柴达木盆地的干旱化事件具有重要的影响,但是~3.6 Ma之后,北半球冰期对内陆盆地的干旱化的影响更大。     

冰期出露的巽他陆架:重要的陆地碳储库?

冰期旋回中的碳循环是一个复杂的地球系统科学问题。尽管取得了很大进展,但是定量精细的循环过程仍未解决。其中一个重要的限制因素就是对于陆地生物圈碳储库及其变化的估算尚存在很大的不确定性。位于热带东南亚的巽他群岛是当今陆地生物量最丰富的三大热带森林区之一,对全球陆地生物圈碳储库有重要贡献。在冰期海平面下降时临近的巽他陆架出露成陆地,使得该区域陆地面积增大1倍。出露陆架上的植被状况有可能对冰期旋回中的碳循环产生重要影响。对冰期旋回时的碳循环进行了介绍和讨论,认为应加强对冰期巽他陆架地区古气候和古生态的研究,为定量分析和模拟冰期旋回中的碳循环提供关键数据。     

中国南方石笋氧同位素记录的重要意义

中国南部石笋氧同位素记录记载了重要的气候变化信息。应用石笋氧同位素记录时首先需要考虑检验石笋的平衡结晶生长,特别是重复性检验,以排除可能的偶然性或地方因素。中国南部重复性很好的南京葫芦洞和贵州董歌洞石笋氧同位素记录主要代表了当时的降水氧同位素信息。两洞的记录都显示,在冰期或冰段时期降水的氧同位素比间冰期或间冰段时期明显偏重。受夏季风强弱变化的控制,与目前亚洲季风降水氧同位素的季节变化相对应,在间冰期或间冰段时,ITCZ偏北,降水以夏季风的大规模大气环流下的对流降水为主,其氧同位素较轻;相反地,在冰期或冰段时,ITCZ偏南,降水以夏季风爆发前的锋面降水为主,其氧同位素较重。虽然尚有其他许多影响因素,亚洲季风的变化应是影响中国南部石笋氧同位素在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上变化的主导因素。但在更小的尺度上(例如小冰期),石笋氧同位素记录的解释则需要谨慎。虽然下最终结论为时尚早,但作为亚洲季风的两个组成部分的东亚季风和印度季风很可能是同步的,至少在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上是如此。基于上述研究,进一步提出亚洲夏季风强段/弱段的概念(AsianSummerMonsoonInterstadial/stadial,或ASMI/ASMS),其在上个冰期中与格陵兰冰芯间冰段/冰段一一对应     

地史时期生物对冰室气候形成的作用

在地质历史时期的碳循环中,生物的作用很大.生物产氧光合作用消耗CO₂而产生有机质与O₂;有机质及生物成因碳酸盐岩埋藏又进一步固定CO₂并减少O₂消耗,所以生物产氧光合事件与冰期、成（增）氧期应存在因果关系.论述了5次事件,分别是:与产氧光合蓝细菌有关的古元古代初期大氧化事件（Early Proterozoic great oxygenation event,GOE）、与真核生物辐射事件有关的新元古代大成氧事件（Neoproterozoic oxidation event,NOE）、与早期陆生植物繁盛事件有关的晚奥陶世增氧和冰期事件、与维管植物繁盛事件有关的石炭纪-二叠纪增氧和冰期事件及与被子植物和浮游微植物繁盛有关的第四纪冰期事件.结果表明,5次成氧事件和冰期与生物事件有因果关系,主要表现为,都有冰期和成氧事件共存或相继出现的证据,反映大气CO₂降低和O₂增加同时或相继发生,而这只能由生物的光合作用及其产物的埋藏造成.这说明生物不仅仅是适应于环境,它也对环境产生重大影响,生物与环境的这种相互作用在漫长的地质历史中表现为协同演化.但是早期生物事件并不立刻产生成氧或冰期等环境效应,这种效应开始是微量的,逐渐积累,达到阈值后才发生质变,所以在时间上是滞后的.随着生物多样性和丰度的增加,这种效应越来越大,速率越来越快,滞后性逐渐减弱,耦合性日渐明显.生物与地球环境之间的相互作用构成了生物与地球系统的自我调节,使地球与其他星球不同,其表层始终保持在生命宜居的环境范围内.今天人类更要理智地、科学地善待地球,避免对地球造成重大的负面影响.      

晚更新世以来奄美三角盆地黏土矿物的来源及其对古气候的指示

对"国际大洋发现计划"(IODP)351航次U1438A孔晚更新世以来沉积物中黏土矿物的组成、含量及矿物学特征进行了分析。结果表明,U1438A孔中黏土矿物以伊利石为主,平均含量为57%;其次是蒙皂石,平均含量为26%;绿泥石的平均含量为14%;高岭石的含量最少,平均仅为3%。伊利石的结晶度较好(0.4°Δ2θ),而且化学指数较低(0.43),表明伊利石主要形成于干冷的气候环境。通过将U1438A孔黏土矿物组合特征与周边可能源区对比,并结合黏土矿物的结晶参数特征,认为蒙皂石主要来源于奄美三角盆地周边岛弧火山物质;伊利石、绿泥石和高岭石主要来自于亚洲大陆风尘。(伊利石+绿泥石)/蒙皂石比值阶段性增加与亚洲大陆晚更新世以来变干冷的趋势是一致的。(伊利石+绿泥石)/蒙皂石和(伊利石+绿泥石)/高岭石比值在冰期的高值,指示了冰期亚洲风尘物质输入的增加,这是对亚洲大陆冰期干旱化和东亚季风增强的响应。