晚古生代大冰期碳-水循环回顾与展望

晚古生代大冰期(360~260 Ma)是地球上自动植物繁盛以来持续时间最长的冰期事件,记录了陆地自有高等植被和复杂陆地生态系统以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变.针对晚古生代大冰期的研究大多聚焦于全球碳循环以及冰川性海平面变化等方面,对大冰期的水循环研究相对较少,并且其主要基于气候模拟研究结果.随着单颗粒锆石精确测年技术的应用,高精度的综合地层框架使得冈瓦纳中高纬度地区冰川消长与低纬度地区沉积记录、生物多样性与演化及各种全球地球化学记录建立时序关系,为研究地球循环系统和反馈机制提供了基础条件.目前,对晚古生代大冰期碳同位素变化趋势已有较好认识,存在3次显著的碳同位素正漂事件,依次为杜内中期、巴什基尔早期和阿瑟尔早期,并且在时间上与冈瓦纳大陆识别的3次冰川高峰吻合.在宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫末期发生了一次短暂的碳同位素负漂事件,引起显著的全球变暖和海洋缺氧.冰川体积与古热带区域气候动态在天文轨道周期尺度至1~8个百万年的冰期-间冰期时间尺度上都具有耦合关系.在各种时间尺度上,晚古生代大冰期地球表层系统各个圈层之间的反馈过程都非常复杂.因此,今后需在高精度综合地层框架下,开展不同复杂程度的生物地球化学循环和地球系统模型等的模拟工作,以全面地揭示晚古生代大冰期碳-水循环关联机制.

安徽巢湖凤凰山晚古生代大冰期沉积特征与碳同位素变化

地史中海相碳酸盐岩记录的无机碳同位素的波动经常与全球气候事件相互关联,但碳酸盐岩的碳同位素不仅与全球碳循环相关,也受控于区域水循环和成岩作用。晚古生代大冰期在石炭纪末—早二叠世达到最高峰,南方冈瓦纳大陆高纬度地区冰川的进退引起低纬度地区旋回性的海平面变化,并发育显著的沉积间断,在华南表现为喀斯特岩溶角砾岩等。本文选取安徽巢湖凤凰山剖面,对宾夕法尼亚亚系—乌拉尔统18m厚的碳酸盐岩地层(黄龙组和船山组)进行了详细的沉积学与碳同位素对比研究,以探索碳同位素变化的控制因素。本文共识别出厚层灰泥灰岩、厚层粒泥灰岩、中至厚层泥粒灰岩、厚层泥球颗粒灰岩、薄层鲕粒颗粒灰岩、厚至巨厚层生物碎屑颗粒灰岩、厚层核形石颗粒灰岩、薄至中层灰砾岩和炉渣状灰岩等9种沉积岩相,指示了多次暴露的碳酸盐台地环境。这些暴露特征与同时期贵州罗甸斜坡相碳酸盐岩序列(约194 m)对比,表明凤凰山剖面存在严重的地层缺失。揭示了研究层段11 m和14 m附近的碳同位素两次显著负漂(幅度约为6‰和7‰)与古喀斯特层对应,是由碳酸盐台地暴露引起的区域成岩改造导致的,而非源于引起气候变化的全球碳循环波动。因此,地层学、沉积学和地球化学等多学科综合交叉研究是深入揭示古气候和古海洋变化规律的重要前提。