新元古代晚期盖帽碳酸盐岩的成因与“雪球地球”的终结机制

新元古代晚期约635Ma的地球发育了到达赤道附近的冰川作用,地质记录上表现为代表寒冷气候的冰期沉积杂砾岩,直接被代表温暖环境的碳酸盐岩层(常称盖帽碳酸盐岩)覆盖。由于盖帽碳酸盐岩奇特的岩石学和地球化学特征,引起了对其成因认识的巨大争论,提出了“雪球地球”和“甲烷渗漏”等假说。“雪球地球”假设可以解释一些令人困惑的地学现象,如低纬度和低海拔冰川沉积、盖帽碳酸盐岩、碳酸盐δ13C负漂移和条带状铁矿层等,但许多科学家对此提出了质疑。最近对盖帽碳酸盐岩的δ13C分析结果(最低达-41‰)、盖帽碳酸盐岩发育的类似现代冷泉碳酸盐岩沉积组构等似乎支持“甲烷渗漏”假说。

华南陡山沱期古地理环境及“雪球地球”研究新进展

华南地块陡山沱组的古地磁和C同位素研究揭示了其形成于赤道附近的古地理环境。对冰期后的盖帽白云岩的C同位素研究表明,δ13C从-5‰开始有缓慢升高的趋势,与世界上Marinoan冰期其他剖面的C同位素变化相一致。陡山沱期大气中CO2含量的升高可能与Rodinia超大陆的裂解及火山活动等密切相关。

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1000~540 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,CO_(2)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CH_(4)排放,导致温室效应重新加剧,恢复原始地球形貌。

南极发现微生物群落这一冰下生态系统或许可以回答有关“雪球地球”时代生命问题

美国科学家4月16日说，他们发现南极泰勒冰川下的一个湖泊中存在古老的微生物系统，该系统在没有光合作用及外部营养源的情况下已经延续了上百万年。研究人员报告说，由于泰勒冰川有一个大断面，该冰川下方一个湖泊的水一滴一滴地从断面的冰隙中流淌出来，把附近的岩石和冰面染成了橙色。科研人员通过分析这些流出的水发现，

“雪球地球”与生命大爆发

距今8亿到6亿年前，地球剧烈的气候变化有可能使地球变成了一个“雪球”。科学家现在认为，史前“雪球地球”很有可能是地球复杂生命诞生的催化剂……

“雪球地球”催生地球生命

于2003年从火星上拍摄的一张地球照片显示：地球就像一个蓝色的球，悬挂在一片漆黑的永恒虚空中，比它小得多的月亮依伴在侧。一些在学术界颇有影响力的地球科学家称，如果这张照片拍摄在8亿年～6亿年前，那么我们看到的景象可能会大不相同，那时的地球应该是一幅黑白图景，没有我们今天熟悉的蓝色海洋和绿色大地，只有一片白茫茫的冰雪覆盖在黑黝黝的土地上，地球看起来只是悬浮在太空中的一颗毫无生命气息的白色“雪球”。

“雪球地球”催生地球生命

于2003年从火星上拍摄的一张地球照片显示：地球就像一个蓝色的球，悬挂在一片漆黑的永恒虚空中，比它小得多的月亮依伴在侧。一些在学术界颇有影响力的地球科学家称，

雪球地球

说到冰雪,你会想起什么?是电影《冰河世纪》?还是南极、北极?今天,我们要讲的冰雪故事,是发生在6亿多年前地球上的一次极寒事件。与其相比,电影与南极、北极也不过是小巫见大巫罢了。冰与雪之歌'雪球地球',顾名思义,此时的地球普遍被冰雪覆盖,冷干的空气在苍凉的大陆上肆意驰骋,巨厚的冰层覆盖了广袤的海洋,当时全球的平均气温低至- 50 ^- 40℃,累积冰层厚度达数千米。

雪球地球促使生物圈快速更替

众所周知,春夏秋冬的季节更替,是由于地球绕太阳公转与黄赤交角造成的。某一时段、某一地区接收太阳能的多和少,直接导致了暖和冷的变化。冬去春来,冰雪消融,万物复苏,这一千古不变的自然规律,一直镌刻在人类文明的记忆中。但是,在更加久远的远古时代,地球曾出现过'冬天一直不去,春天一直不来'的特殊情景。你能想象出'赤道附近的海洋都为冰层覆盖、整个地球都跟今天南极一样'的情形吗?这一特殊现象的确在地球上发生过.地质学家称之为'雪球地球'事件,也就是说地球出现了长时间的冰冻状态。

飞起玉龙三百万,搅得周天寒彻——雪球地球事件概述

事件概述雪球地球事件(Snowball Earth Event),此处特指发生在距今约7.15亿—约6.35亿年的成冰纪冰期的全球封冻事件。成冰纪(Cryogenian)的命名来自两个(罗马化的)古希腊词汇,分别是kryos和génesis,分别翻译为“寒冷”与“诞生”。它始于约7.2亿年前,终于约6.35亿年前,正是得名于冰封万里的雪球地球事件。

地球为什么未能完全变成一个雪球

“雪球地球”假说提出，地球在“新远古纪Ⅲ”期间是完全被冰覆盖的。人们曾提出另一种假说．即“融雪球”假说．该假说将允许赤道地区的海洋状态与其他地区的雪球状态共存的情形描述为“融雪球”．但这个问题仍然有争议。Peltier等人利用模型对碳周期与气候系统在“新远古纪Ⅲ”期间的耦合演化进行了研究。

地球曾三次变成雪球行星

在几百万年前广阔的冰河世纪，冰川从极地几乎延伸至赤道，整个地球覆盖上冰冻的皮肤。正如科学家所描述的，“雪球地球”的环境条件导致地球成为一个完全不同的星球。“我们谈论的是另一个世界。”美国宇航局戈达德太空研究所的琳达·苏尔这样说道。

前寒武纪地球动力学(Ⅲ):前寒武纪地质基本特征

地球45.6-5.43亿年处于前寒武纪,具有很多独特的古气候、沉积、岩浆、变质、变形等地质特征,地幔和岩石圈的动力学机制也非常不同。本文通过总结前寒武纪地球动力学进展,系统介绍了前寒武纪地壳和岩石圈物质组成与性质、地壳生长的幕式增生特征、太古宙地幔温度和黏度变化、地壳和岩石圈厚度变化、地壳和岩石圈强度与流变结构演变。地球38~25亿年期间的热流值是现今热流值的2.5~4倍,在热的早期地球期间,下地幔热的积累比上地幔热损失快,导致周期性循环翻转,即上升的下地幔穿过干的橄榄岩固相线,并在大于150km深处经历大规模熔融。这就是太古宙大陆岩石圈地幔形成的机制和能量背景,但在太古宙以后,因地球的长期冷却,这种机制终结了。太古宙高热流值也说明太古宙热地幔难以支撑较大的地形高差,太古宙岩石圈强度也不大,在重力作用下会发生快速地形响应。但是,随着巨型基性岩墙群（大约2.75和2.45Ga）首次出现以及表壳岩系的出现,又意味着太古宙晚期地壳逐步足够刚性,允许熔体上升穿过地壳并冷却固化。前寒武纪重大地质事件的根本原因都是因为地球热振荡衰减的结果,前寒武纪地壳生长（增生）、超大陆形成、岩浆作用、成矿作用等都是不等周期、非线性的幕式演化,从TTG大规模短时间集中式形成,表明早期大陆生长模式可能以垂向增生为主。最后,探讨了冥古宙特征,大陆起源、生长和保存机制,前寒武纪超大陆重建与机制和早期地球环境-生命协同演化等前寒武纪关键科学问题和前沿。

扑朔迷离的“雪球—地球”论战

1998年,哈佛大学的地理学家PaulHoffman和DanielSchrag重申了这样一个基本观点:在5.8亿到7.5亿年前之间,至少有一次地球在千万年中完全地被冰盖所包围。这个关于“雪球”的假设可以解释一些令人困惑的地质学数据。但要说服其他气候学家也相信这一点却十分困难。而最近支撑这一假设的地质学根据又遭到了挑战,于是支持者与反对者间展开了一场——

新元古代地球气候研究进展

新元古代曾发生过强烈的全球性冰川作用,本文回顾了新元古代晚期全球性冰川作用存在的证据及其特点,论述了新元古代冰期产生的原因,综述了一些代表性的"雪球地球"模型并探讨了"雪球地球"对早期生物演化的影响,最后对未来"雪球地球"研究趋势进行了展望。

渝东南新元古界千子门组沉积时代和构造背景——锆石U-Pb年龄及地球化学制约

新元古代全球范围内出现了2次主要的冰期事件,分别是 Sturtian 冰期和 Marinoan 冰期。渝东南秀山地区发育与上述2次冰期对应的冰川沉积,分别为南沱组（Marinoan 冰期）和千子门组（Sturtian 冰期）。笔者通过对千子门组砂岩锆石运用 LA ICP MS 进行定年,测得其206 Pb/238 U年龄为736~2726 Ma,其中28个测点数据非常集中,在736~890 Ma,平均值为834 Ma。其最小值736 Ma 限定了 Sturtian 冰期千子门组的沉积起始时间,且与湘东南江口冰期起始时间（734±4）Ma 在误差范围内几乎一致,二者可以对比。而834 Ma 则记录了物源区与四堡—晋宁运动有关的岩浆活动。所有样品 ICV 值介于0.85~1.74（平均值为1.23）,表明黏土矿物较少,受再沉积作用的影响较小。同时其 CIA 值介于43~69（平均值为57）,表明千子门组沉积环境特征为寒冷、干燥,低程度化学风化。利用 SiO2 K2 O/Na2 O 和 K2 O/Na2 O SiO2/Al2 O3构造环境判别图解,结合稀土元素配分曲线,判定千子门组很可能形成于活动大陆边缘环境。

地球就是一坨冰？

迄今约7．5亿到5．8亿年前（也就是历史上的冰河时期），地球发生过一次严重的“感冒”，全身发冷，甚至严重到身体全部被冻结，仅在厚达两公里的冰层下存有一部分因地球核心的热量而融化的液态水。这就是在上个世纪非常出名的“雪球地球”理论。

全球新元古代冰期的记录和时限

新元古代时期,地球上出现了几次大规模的大洋型和大陆型冰川事件。但是,由于新元古界地层缺少有利的冰期沉积对比标志,因此对这些冰川事件的期次、开始和结束时间、全球化程度等仍然存在较大争议。冰期沉积物的成分、结构和构造是认识古冰川活动遗迹的重要地质证据,化学沉积地层的碳同位素漂移是识别冰期的常用地球化学代理指标,岩石和矿物氧同位素的极端值已经成为古大陆冰川活动的新兴地球化学代理指标。新元古代的地层年龄、岩石学和同位素地球化学特征指示了当时全球总共发育4次冰期,其中两次属于大洋型冰川,分别称为Sturtian冰期(718～660Ma)和Marinoan冰期(651～635Ma)。其中Marinoan冰期的全球化程度最高,对应于通常所说的"雪球地球事件"。Sturtian冰期可能属于滨海相-大陆边缘相沉积,其沉积物主要在海洋到大陆边缘的过渡地区发育。在这两期大洋型冰川之前和之后存在局部的大陆/山岳型冰川,其中Sturtian冰期之前的称为Kaigas冰期(757～741Ma),而Marinoan冰期之后的称之为Gaskiers冰期(583.7～582.1Ma)。尽管中国华南地区缺少这两次大陆型冰川的沉积记录,但是岩石和矿物的稳定同位素异常提供了这两次大陆型冰川曾经存在过的地球化学证据。因此,地质学和地球化学证据都可以用来追溯地质历史上的冰川事件。

湖南湘潭湘锰组黄铁矿Fe同位素初步研究

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。

华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与重大地质事件的耦合关系

华南地区成冰系大塘坡组锰矿近年来在找矿勘探方面取得了突破性进展,同时,由于该套锰矿在时空分布及成矿背景上的特殊性,长期以来都受到研究者关注,累积了大量研究成果。在系统性总结大塘坡组锰矿研究成果的基础上,结合新元古代全球大地构造、古气候演变、古海洋环境变化及微生物演化等重大地质事件的最新研究进展,综合分析了华南成冰纪大规模锰沉积成矿作用与这些重大地质事件之间的联系。从新元古代中期开始,罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的裂解在全球范围内形成了广泛分布的裂谷盆地系统,以中国南方南华盆地为代表的成锰盆地即是在裂谷盆地基础上发展而来的。裂谷盆地系统为锰矿沉积提供了必须的容矿空间,决定了其展布规律,并且盆地底部的热液系统为锰质输入盆地提供了必要途径。新元古代冰期(“雪球地球”)事件中覆盖全球的冰川系统切断或阻碍了地球各子圈层的物质与能量交换,可能导致冰期海洋缺氧状态的广泛出现。而冰期—间冰期的古气候变化使冰盖消失,海—气循环与海水圈层循环重新启动,随之而来的是古海水氧化还原条件的改变。针对南华盆地而言,表层海水的氧化及可能存在的含氧底流为锰矿沉淀提供了所需的氧化环境。此外,新近的证据表明间冰期微生物复苏背景下的锰微生物成矿作用可能是锰矿形成的重要机制。以上这些重大地质事件之间具有复杂的相互联系,同时它们也为“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用提供了必不可少的成矿控制条件。因此,华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与新元古代重大地质事件间存在耦合关系。