渐新世“雪球事件”的发现及其意义——基于全球冰斗系统的解读与研究

冰斗系统是冰斗作用以山体为载体进行剥蚀作用形成的结果,其在山体上形成的以缩口、三角脊、残弧等为代表的冰斗遗迹很难被后期的风化作用所消解,因此冰斗系统在解读古冰川作用中具有极为重要的意义。在对全球冰斗系统进行研究的过程中,发现了雪球事件,根据深海沉积物研究获得的环境变化信息,初步确定最近的一次雪球事件发生在渐新世,也即33.7~23.8Ma之间。研究发现雪球事件发生时,全球仅在赤道附近形成了4处陆生生物避难区,分别为刚果盆地、亚马逊盆地、阿拉弗拉海以及新加坡东部海域。研究认为,渐新世雪球事件塑造的冰斗地貌,是全球现代山区地貌的本底与基础。

新元古代雪球事件与环境突变的研究进展报告

"雪球地球"事件是地球历史上最极端的气候事件,针对这一时期海洋氧化环境、极端气候事件以及生命演化过程进行研究,深入探讨它们之间的相互联系和相互影响,是当今地球科学最基础和最前沿的领域。华南的新元古代地层连续、出露广泛、化石丰富,并由碳酸盐岩和细碎屑岩为主的沉积序列构成,是解决这一时期全球年代地层和环境演化的关键地区。我们计划运用多硫同位素、Fe同位素和团簇同位素等方法来研究这一事件。深入探讨这一时期极端气候变化、大气和海洋环境转化以及生命演化之间的相互作用关系。

新元古代“雪球”事件对海水碳、硫同位素组成的影响

在新元古代晚期地球上曾发生过全球性的冰川作用 ,一些学者称之为“雪球”事件。在新元古代“雪球”事件前后 ,古海水的C、S同位素组成都出现了非常大的变化 ,在“雪球”之前海水中的碳酸盐非常富集13 C ,在“雪球”期间和紧随其之后贫13 C ,然后δ13 C值出现了高达 10‰的正漂移 ;在“雪球”开始之前古海水硫酸盐的δ3 4 S值呈逐渐降低的变化特征 ,紧随“雪球”之后古海水硫酸盐的δ3 4 S值出现了超过 2 0‰的正漂移 ,达到地质史上的最高值 ,同期形成的硫化物具有异常高的δ3 4 S值。“雪球”事件前后古海水C、S同位素组成的大幅度变化 ,是由“雪球”前后全球环境的剧烈变化引起的。“雪球”前后海水C、S同位素的大幅度变化是与“雪球”有关的特殊环境条件作用的结果 ,也是“雪球”

塔里木盆地新元古代裂谷盆地层序样式

塔里木盆地是位于Rodinia超大陆边缘的小陆块,随着新元古代Rodinia超大陆裂解,在塔里木盆地周边和内部形成了大量裂谷盆地,通过对裂谷体系的演化和地层充填特征研究,对认识Rodinia超大陆的裂解过程具有重要意义。按照盆地动力学、层序地层学和沉积学等理论为指导,以露头、钻井和地震剖面为基础,进行不整合面、层序地层和沉积相研究,探讨层序样式及控制因素,分析塔里木盆地和扬子盆地裂谷演化过程的差异。塔里木盆地新元古代南华系—震旦系为1个一级层序,由两个一级不整合界面限定——Td(南华系/前南华系基底)和T1(震旦系/寒武系),其中Td界面为塔里木运动导致,即新元古代早期—中期Rodinia大陆裂解作用开始,而T1界面与塔里木板块内部表现为垂直上升作用的柯坪运动有关。按照裂谷盆地演化的三个阶段——快速裂陷期、稳定沉降期和裂谷萎缩期,分为3个二级层序。快速裂陷期为二级层序SQ1,发育大量小型地垒—地堑盆地,水体由浅变深,发育滨浅海相—河流—三角洲等沉积;稳定沉降期为二级层序SQ2,盆地连通性加强,形成统一的盆地,发育滨岸—三角洲—浅水陆棚—盆地相;裂谷盖处于裂谷萎缩阶段,受地幔柱冷却,地壳回弹影响,断裂活动减弱并逐渐停止,地层向隆起上超,地层分布范围广,主要发育碳酸盐岩台地相,该阶段构成二级层序SQ3。受到海平面变化、冰川和气候等因素控制,发育13个三级层序,其中冰期发育冰碛岩—盖帽碳酸盐岩的一类特殊三级层序。南华纪末期的Marinoan冰期是全球冰期事件,相应在中国南方扬子地区发育典型的南沱组冰碛岩和陡山沱组白云岩的组合,而塔里木盆地库鲁克塔格地区为特瑞爱肯组冰碛岩之上直接覆盖了扎摩提克组的粉砂岩地层,不发育盖帽碳酸盐岩。这和裂谷体系演化有关,塔里木裂谷盖形成的滞后了约70Ma,冰碛岩沉积之后,水体快速加深,碎屑物质供给充足,没有适合碳酸盐岩的生长环境。通过新元古代裂谷盆地的结构样式和层序地层研究,对认识新元古代构造、沉积环境,和烃源岩、储层的分布等具有重要在指导意义,而不同盆地之间大陆裂解响应过程的差异也是值得深入研究问题。

前寒武纪地球演化的主要地质特征及可能模式

前寒武纪地壳以其独特的岩石组合以及构造类型在地球演化的进程中扮演着举足轻重的作用,本文简要描述了前寒武纪地球演化中的特殊地质现象,并讨论其蕴涵的地球演化的可能的因果联系和时空关系.针对前寒武纪地球演化研究中的焦点问题,本文对可能模型的优缺点进行了一一论述.前寒武纪一级构造模式可能经历了由垂直方向运动为主的地幔柱模式向由水平方向运动为主的板块构造模式的转变.对于前寒武纪板块运动存在的检验,硬玉和红宝石则是很好的板块构造指示矿物.根据太古宙克拉通与元古宙克拉通之间的几何关系与时空演变的联系,笔者等认为2.4 ～2.2Ga很有可能是前寒武纪构造模式发生转折的关键期.其间发生的全球冰期事件和超级大陆的形成并无很强的相关性,但与海平面的高低直接相关,这很有可能是大洋块体俯冲下沉至地幔引起海水“倒灌”所致.此后,地球表壳岩的刚性特征即发生了变化.

重庆秀山南沱冰期后的海陆环境变化

扬子地区发育地层所记录的南沱冰期在时间上与Marinoan冰期相当,被认为是"雪球事件"的产物,受到广泛关注。借助于重庆秀山长河桥剖面的南沱组冰碛岩上覆陡山沱组盖帽白云岩和页岩样品的精细采集,选取冰碛岩之上2.5 m内的地层进行同位素比值和元素含量测试,并尝试性的使用酸不溶物的元素地球化学数据,对冰期后可能出现的环境变化进行了综合分析,结果表明:盖帽白云岩C同位素数据基本符合海水分层混合模式特征;U/Th值也反映出该地区在雪球后经历了由缺氧—贫氧环境向贫氧—氧化环境的迅速转变,可能反映了雪球后缺氧富有机质的深部大洋水随上升洋流上涌并被迅速氧化的过程;强烈的Eu正异常的出现,可能与埃迪卡拉纪海底火山、热液活动频繁出现或近源热液活动相关;盖帽碳酸盐岩样品中出现Ce轻微负异常,表明其形成于弱氧化环境;^(87)Sr/^(86)Sr值和Y/Ho值均呈现伴有大量陆源碎屑物输入的特点;盖帽碳酸盐岩的酸不溶物可以反映当时的大陆风化背景,其化学蚀变指数(CIA)稳定在72左右,说明当时的大陆环境具有温暖湿润的特征,化学风化作用强度中等。综上所述,在南陀冰期结束后,秀山长河桥剖面的沉积环境经历了缺氧—贫氧环境向贫氧—氧化环境的迅速转变,同时,随着上升洋流的出现原有的冰期海水分层被迅速破坏,并可能伴随着地表径流的不断增强,同时热液活动在这一时期也频繁发生。在这一时期,剖面附近的大陆环境也迅速由冰期过渡为温暖湿润的环境。

大塘坡期锰矿层中黄铁矿异常高的δ^(34)S值的意义

我国南方末元古代间冰期的锰矿层 (大塘坡期 )出现了普遍超过 +4 0‰的异常高δ3 4 S值的沉积黄铁矿 ,这是全球性的“雪球”事件的响应。全球海洋从“冰室”到“温室”的剧烈环境变化不仅诱发“早寒武世生物大爆发” ,也是产生海洋硫和碳同位素巨大漂移的原因。

跟着地质学家走读西山(二) 走近叠层石 探寻远古生命遗迹

地球有46亿年的历史,北京西山就可以一览其中近1/3的历史变迁。上一期,我们介绍了雪球事件与寒武纪的一些地质现象,本期,请跟我沿着109国道,进一步考察北京西山更久远的地球历史事件。今天我们要考察的对象是远古时代的生物遗迹——叠层石。前传——地球的诞生在主角登场之前,我们先了解一下地球的演化史。

陡山沱期古海水的硫和碳同位素变化

利用从碳酸盐岩中提取微量硫酸盐的方法,实现了扬子地区陡山沱组海相碳酸盐岩地层连续的硫和碳同位素组成测定.未受成岩作用改造的同一样品的硫和碳同位素分析结果能够同时给出扬子地区陡山沱期古海水的硫和碳同位素组成.获得的高分辨率陡山沱期硫酸盐的硫同位素年代曲线可能反映了“雪球地球”事件之后全球古海洋的硫同位素变化趋势,它与同时期的碳同位素年代曲线变化相似.陡山沱期早期古海水的δ34S值出现超过20‰的正漂移,同期δ13C值也出现高达10‰的正漂移,使古海水的δ34S值和δ13C值分别达到+46.4‰和+6.9‰的高值.在陡山沱期中期古海水的δ34S值的变化幅度相对较小,对应于较高的δ13C值.随后,古海水的δ34S值呈现较强烈的振荡,δ13C值也有类似表现.在陡山沱期末期海水的硫和碳同位素都出现了大幅度的负漂移,δ值分别降到-10.1‰和-5.7‰.扬子地区陡山沱期古海水的硫和碳同位素组成与变化意味着南沱冰期之后的海洋环境发生了急剧变化,环境十分有利于生物繁衍与活动,那时的生物产率和有机碳埋藏速率曾达到很高的水平.不过,“雪球地球”之后的环境并不稳定,全球的气候与环境可能都曾发生过波动与反复.发生在陡山沱末期海水的硫和碳同位素的负漂移是一次全球性事件,可能与深部海水氧化有关.