北美西部古新世-始新世极热事件(PETM)期间的哺乳动物群序列(英文)

跟随一队研究哺乳动物群在古新世-始新世变化的生物地层学和古地理学的学者,已故周明镇教授开始了他的古脊椎动物学事业。这是化石记录中偶蹄类、奇蹄类和灵长类(APP类群)首次出现的时期。随着北美西部Polecat Bench新的最晚古新世Clarkforkian哺乳动物群的发现,古新世作为一个独立于始新世的分期从1911年开始被接受。后来,研究证明古新世-始新世界线包括了一段时间,这期间发育了矮小型哺乳动物支系。古新世-始新世碳同位素漂移(CIE)与哺乳动物矮小化以及APP类群的首次出现是同时的。据此可以对CIE进行全球性总结,结果表明它与古新世-始新世极热事件(PETM)相关。PETM这一全球温室变暖事件不仅对地球气候和生物群有短暂的影响,而且对生物群同样具有深远持续的影响。我们所知的哺乳动物与CIE和PETM之间关系的大部分内容是通过对Polecat Bench周边剖面独特地层记录的高分辨率研究得到的。周教授早年曾在那里工作过,如今他的骨灰也撒在那里。

内蒙古苏崩地点的古新世软食中兽(哺乳纲,中兽目)：古新世-始新世界线附近“东方伊甸园”扩散模式的新证据(英文)

记述了发现于内蒙古苏崩晚古新世格沙头期的中兽类软食中兽Hapalodectes属的一个新种。这是软食中兽在中国古新世地层中的首次发现,也是亚洲格沙头期的第二种软食中兽。已有的系统学和生物地层学证据支持软食中兽属和软食中兽科(Hapalodectidae)亚洲起源的观点。软食中兽显然是在古新世-始新世极热事件(PETM)期间通过白令陆桥扩散到北美大陆的,因而符合"东方伊甸园"学说中的生物地理格局。软食中兽有限的(即非欧洲的)地理分布使得我们可以重建该属生物地理学历史。如同软食中兽一样的"东方伊甸园"式的扩散模式,可以看作是大的环境变化事件导致多个支系产生相似的系统学和生物地理学分布格局的生物地理扩散机制。严格地检查了所谓的在古新世-始新世界线上或其附近的与"东方伊甸园"模式相矛盾的大陆间哺乳动物扩散事例,结果发现这些例子都是不可靠的。"东方伊甸园"生物地理学说充分解释了PETM时期哺乳动物群更替以及劳亚古陆哺乳动物地理分布格局的成因。

古新世-始新世极热事件期间的浊积岩沉积对气候变化和天文旋回的响应

浊流是地表最重要的沉积物运移过程之一,主导了沉积物从大陆架到深海的输送。通过研究深时极热事件期间浊流的分布规律,可为类比推测未来全球变暖背景下浊流活动的变化趋势提供重要参考。前期研究发现,古新世-始新世极热事件(PETM)期间,英国东部北海盆地的高频浊积砂岩沉积受到了气候变化的影响。本研究进一步对西班牙Basque盆地Zumaia剖面古新统-始新统458层浊积岩(深度范围为-19.76~37.12 m)进行了时间序列分析,发现浊积岩沉积存在着显著的405 ka长偏心率周期信号。通过总结古新统-始新统浊积岩记录对天文旋回的响应,发现仅在英国北海盆地和西班牙Basque盆地识别出了天文旋回信号,且这两个点位的地理位置与模拟结果显示的年平均降水对轨道参数变化的敏感区相吻合。此外,本研究还讨论了PETM期间不同沉积环境中浊积岩沉积记录对海平面变化和全球升温的响应。

植物多样性对古新世-始新世极热事件全球增温的响应——来自化石和模型模拟的证据

古新世-始新世极热事件(PETM)发生在约56 Ma,是新生代一次显著的全球气候变暖事件。在10~20万年内,全球平均气温上升了约4~8℃。这次增温事件与全球碳循环的波动密切相关,对全球气候和生物多样性产生了重大影响。本研究系统收集整理了全球PETM时期模型模拟和化石数据,分析了PETM时期大气不同CO_(2)浓度下的温度和降水变化,综合探讨了植物多样性、植物区系交流和植被的响应。分析表明:随着大气CO_(2)浓度的增加,全球普遍升温,降水的时空分布显著变化,中高纬度地区的温度和降水增加幅度大于低纬度地区。PETM时期的气候变化对陆地植物多样性的影响存在地区差异,并且不同植物类群对PETM的响应方式也不尽相同。一些植物类群在PETM时期灭绝或物种多样性降低,如山龙眼科、天南星科等,而另一些植物类群受到的影响较小,如榆科和禾本科等,热带、亚热带类群的物种多样性则有所增加,如棕榈科和豆科等。PETM对全球被子植物的区系交流有一定的促进作用,导致了物种分布区的明显变化。全球植被格局在PETM时期发生显著变化,热带、亚热带植被向高纬度地区大幅扩散。生物多样性应对PETM的方式远比我们认识的复杂,相对于增温,急速增温和生境片段化,才是对生物多样性最大的危害,前者使得生物失去应对的时间,而后者使得生物失去应对的空间。

古新世-始新世暖期北半球野火演化研究

古近纪是现代气候和植被形成的关键过渡期,而野火活动与气候、植被和碳循环等存在耦合关系。开展古新世-始新世(66~34 Ma)3个特征暖期,即古新世-始新世极热事件(PETM,约55.9 Ma)、早始新世气候适宜期(EECO,53.3~49.1 Ma)、中始新世气候适宜期(MECO,约40.5~40.1 Ma)的野火活动研究,对于揭示气候和植被变化特征及其影响具有重要意义。本研究基于蒙古高原南部二连盆地古新世-始新世野火记录,并结合北半球该时段其他12个地点的野火研究数据,从长尺度地质记录视角,重建北半球野火活动特征与演变,并探讨其驱动机制。研究结果显示古新世-始新世不同特征暖期野火发生规模和强度存在差异,PETM极端暖期较EECO和MECO暖期野火强度更大,但不十分显著。古新世-始新世暖期并没有持续的、大规模的野火发生,呈现“低野火状态”,总体不支持强调燃烧活动影响全球碳循环的“野火假说”。通过野火发生与温度、降水、植被以及CO_(2)浓度等环境因子之间的关系分析,对“古近纪低火谜题”进行初探,认为古新世-始新世气候的季节性并不分明,较短的干季不利于可燃“燃料”和潜在火源的形成,很可能是新生代早期“低野火”的主因。

古新世-始新世极热事件南阳盆地湖相沉积物的岩石磁学研究

古新世-始新世极热事件(PETM)是发生在早新生代的一次历时短暂的快速增温事件,该事件的主要地质特征为大幅度碳同位素负漂(CIE),表明当时有巨量富12C的轻碳注入海气系统,其排放场景与当今人类碳排放非常相似,故对这类事件的研究有重要的现实意义。已有研究表明,磁性矿物的产生、保存与气候环境变化之间有密切关系,因此,通过对PETM时期沉积岩磁学参数的研究,可以揭示增温背景下古环境演化的时空特征。前人利用磁学方法研究海相沉积物时发现,PETM时期磁学信号出现显著响应,但不同研究区域的具体驱动机制有所差异。本研究对南阳盆地湖相PETM地层开展磁学分析,测量岩石磁学参数,发现PETM时期沉积岩磁性有所增强,磁铁矿含量增加,直到极热事件结束后才缓慢恢复到背景水平,说明事件发生前、发生期间和事件结束后的湖泊环境经历了氧化→弱还原→氧化这3个阶段,且陆相与海相沉积物对PETM具有相似的磁学响应机制。

古新世-始新世极热事件碳循环研究进展

发生在古新世-始新世界线附近(~56 Ma)、由巨量轻碳注入到海气系统引发的一次快速增温事件被称为古新世-始新世极热事件(PETM).该事件发生期间的碳释放过程与当前人类燃烧化石燃料向大气中排放CO_(2)非常相似,因此对该事件的深入分析可为理解碳排放与气候变化的关系提供地质参考,同时有助于定量评估自然背景下生态系统、海洋和岩石圈的固碳潜力和速率.根据最新研究成果,对该事件的碳循环过程进行系统总结和分析,得到三点初步认识:(1) PETM时期巨量轻碳的释放是响应于事件前期增温的一个正反馈过程,说明巨量碳的来源可能是大陆坡水合物分解或高纬冻土消融;(2) PETM时期碳释放的平均速率要比现今人类活动的碳排放速率低一个数量级,暗示人类活动可能触发地球表层系统的正反馈过程,加剧全球变暖;(3) CO_(2)的施肥效应和海洋“生物泵”效率的提高加快事件的回返.

我国中、新生代主要陆地生物群的年代框架和沉积环境演变研究报告

建立了榆社盆地的高分辨率磁性地层年代学框架,厘定了高庄动物群和麻则沟动物群的准确年代,建立了中国陆相上新统高庄阶和麻则沟阶的高分辨率磁性地层年代学框架。高庄动物群和高庄阶的时代为早上新世,麻则沟动物群和麻则沟阶的时代为晚上新世。目前已对临夏盆地牛家村、丫沟、杨家山、后山和郭泥沟剖面等5个含有重要化石层位的剖面以约20 cm间距采集了古地磁定向手标本样品。结合岩石地层学、磁性地层学和生物年代学的制约,确定了下沙沟动物群的年代为2.2~1.7 Ma;将上新统/更新统界线确定于下沙沟剖面的底部。此外,结合研究组近年来在泥河湾盆地的其他磁性地层学定年结果,建立了泥河湾盆地哺乳动物群的年代序列。建立了大理盆地三营组的高分辨率磁性地层年代学框架,揭示出大理盆地记录了C4n.1r负极性时到C2n正极性时之间的沉积,其中三营植物群产于上新世地层中,从而准确厘定了三营植物群的年代。课题组建立了昭通盆地的高分辨率磁性地层年代学框架,揭示出昭通盆地记录了C3Br负极性时到C2An.1n正极性时之间的沉积,其中昭通古猿化石及其伴生哺乳动物群产于C3An.1n正极性时早期,年代为6.1 Ma。此外,对辽西建昌玲珑塔大西山剖面含化石沉积层中的3个凝灰岩样品进行了详细的SIMS锆石U-Pb定年,获得了（160.7±1.7）Ma、（159.5±2.3）Ma和（158.9±1.7）Ma的年龄结果。通过对义县组各个沉积层展开精细的研究,确定各沉积层的古环境特征,并对热河生物群开展古生物学研究,命名Microraptor一新种。对辽西四合屯早白垩世古湖泊边缘区和深水区的各种岩相的分布范围和厚度变化趋势进行调查,分析了各种岩相和相组合在时间和空间的分布规律,恢复了湖泊形成、演化和消亡规律,探讨了各种岩相和相组合中化石埋葬的方式,从而寻找有利于化石特异埋藏的环境。对富含珍稀动植物化石的、辽西四合屯早白垩世古湖泊演化的第二和第三阶段的沉积物进行了高分辨率、微米级的沉积微相分析,从而划分了6个微相。通过有机碳同位素、碳酸盐碳氧同位素等地球化学手段在我国由南至北3个沉积盆地的地层中确定PETM事件的存在,并通过四醚膜类脂物（GDGTs）组分重建古温度等信息,进而恢复PETM时期我国陆地气候的空间格局和环境特征。该课题选取了内蒙古岱海地区全新世以来的湖泊沉积物DH99a钻孔,进行了黑碳的提取和碳同位素（δ13C）分析。在揭西县灰寨、河源黄村和浏阳澄潭江发现了3条出露完整、化石丰富的新剖面。对这3条剖面以及宜章心田门剖面进行了详细的研究,初步建立了南岭地区晚三叠世-早侏罗世的岩石地层和生物地层的层序。

塔里木海齐姆根剖面早古近纪极热事件及其环境效应

早古近纪的极热事件长期受到国际学术界的广泛关注.本研究以塔西南齐姆根剖面齐姆根组碳酸盐岩为研究对象,追踪东特提斯洋浅海环境下早古近纪极热事件的记录,在重建地层时代与古环境基础上探讨极热事件与沉积环境的关系.通过生物地层学和年代地层学研究,限定齐姆根组下段时代为Thanetian晚期至Ypresian早期(NP8~NP10,P4b~P6b/P7).全岩碳同位素组成显示3次碳同位素负偏移事件,负偏移值分别为-2.6‰、-4.3‰、-2.2‰.通过与全球记录对比,确定这3次CIE事件分别对应于古新世-始新世极热事件(PETM)前负偏移事件(POE)、PETM和早始新世极热事件2(ETM2)三次事件.根据碳酸盐颗粒、基质类型和生物化石组合,齐姆根组划分出10个微相类型,整体为陆表海碳酸盐缓坡环境,可进一步分为内缓坡、中缓坡和外缓坡环境,呈现出一次完整的海侵海退旋回.大规模海侵始于POE启动段,相应的沉积环境从内缓坡转变为中外缓坡,同时出现加强的风暴作用,海侵及加强的风暴作用贯穿PETM,一直持续到ETM2事件结束,相应的沉积环境由中外缓坡开始转变为近滨岸潮坪,代表一次大规模海退.相比于ETM2事件和POE事件,PETM事件期间可能存在海洋酸化、缺氧以及明显的钙质生物种属更替现象.

古新统/始新统界线与特提斯大有孔虫生物带

21世纪初,古新统/始新统界线(简称P/E界线)被国际地层委员会正式定义为古新世-始新世极热事件(简称PETM)期间碳同位素负漂的开始。然而,P/E界线在特提斯大有孔虫生物带(简称SBZ)中的具体位置却一直争论不休。本文回顾了国内外学者近二十年来对P/E界线的研究成果,认为P/E界线应该位于SBZ5的内部,而非SBZ4和SBZ5的界线处。在P/E界线处,大有孔虫没有发生明显的组分上的变化。而在P/E界线后的5—12万年内,大有孔虫发生了一次绝灭。这个绝灭事件被称为大有孔虫的绝灭和新生(简称LFEO)。大有孔虫的绝灭和新生不同于传统上认为的大有孔虫更替事件(简称LFT)。前者可能是由PETM后期强烈的陆地风化剥蚀引起海水富营养化后所造成的一次灾变事件,而后者代表了大有孔虫在长期稳定的浅海环境中形成的演化上的成功。通过回顾P/E界线的研究历史,笔者认为绝大部分地层剖面在P/E界线处的不连续性/不完整性是产生这些争议的主要原因。

四川盆地西南缘PETM事件的环境磁学记录

四川盆地西南缘的前陆盆地中保存了巨厚的新生代沉积,是研究青藏高原东南缘地区气候和构造演化的重要地质记录.本文通过对四川盆地西南缘新生代沉积物进行年代学、环境磁学和碳同位素的综合研究,发现了在陆相沉积中报道甚少的古新世-始新世极热(Paleocene-Eocene Thermal Maximum,PETM)事件.多项高分辨率的环境磁学参数曲线可同已报道的海陆相碳同位素曲线进行良好对应,揭示了PETM事件详细的演化过程,表明环境磁学参数可以作为反映古近纪温暖气候事件的替代性指标.在机制上,PETM时期大气中CO_2含量剧增导致全球增温,局部中低纬度地区降水量增加.首先,降水量增加导致源区化学风化增强,加速了硅酸盐中Fe^(2+)的析出并转化成亚铁磁性矿物,使得PETM时期地层中亚铁磁性矿物富集.其次,降水量增加导致河流水动力增强,缩短了碎屑物质中亚铁磁性矿物的氧化时间,使其未完全风化至赤铁矿便被沉积,导致该时期地层中亚铁磁性矿物含量的增加以及多项环境磁学指标异常.通过环境磁学手段揭示的PETM事件,进一步丰富了该事件的全球陆相地质记录,为研究其演化过程和机制提供了新的视角.