地學前沿||《Geology》2020年第9期論文導讀（上）

01

團簇同位素與U-Pb方法記錄灰巖中的古代熱液流體活動

地質溫度計通常用於重建巖石的成巖作用歷史和熱歷史。由於必須通過分析在流體循環過程中沉澱並填充晶體間空間的微觀膠結物來間接評估古流體特徵，因此恢復古流體流動的時間、起源和溫度仍具有很大的挑戰性。本研究中的研究者同時測量了法國巴黎盆地沉積區中單個成巖方解石塊的團聚同位素（Δ⁴⁷）溫度和原位U-Pb年齡，其熱歷史先前被推斷為<60°C。該數據表明，膠結作用發生在與西歐巖石圈尺度上的主要事件相關的兩個階段：（1）比斯開灣裂谷的擴張（晚侏羅紀至早白堊世），和（2）在歐洲新生代裂谷系統事件（漸新世）期間的南北庇里牛斯山的擠壓（始新世）並隨即東西向伸展。由此，本文新得到了高達110°C的高溫流體，這與其他地質溫度計推斷出的較低溫度（例如流體包裹體，粘土礦物，磷灰石裂變徑跡等）不符合。本文測試得到的單獨液相的流體包裹體的方解石膠結物的溫度大於70攝氏度，這對普遍接受的認為在低溫（<70攝氏度）下沒有汽相成核結晶的斷言提出了新挑戰。我們認為，礦物結晶的過程影響了了其他地質溫度計記錄灰巖中的短期熱流體流動。

圖3：法國東部巴黎盆地中侏羅紀和晚侏羅世石灰巖和泥灰巖的熱歷史。圓圈代表了本文測得的團聚同位素（Δ⁴⁷）溫度和原位U-Pb年齡，兩組熱梯度值分別對應於10°C和15°C的表面溫度。

原文連結

原文連結：Geology May 29, 2020, Vol.48, 851–856.

doi：https://doi.org/10.1130/G47358.1

（譯者佚名）

02

來自巴西潘塔納爾鹽湖的微生物誘導的假痕跡：埃迪卡拉簡單遺蹟及其範圍的新解釋

雖然缺乏後生動物的存在，但是巴西西部潘塔納爾溼地的鹹水湖裡類似動物遺蹟的結構卻很普遍。潘塔納爾鹹水湖是一個生態學極端的環境，排除了複雜生命體，僅僅容許極端微生物生存。直接觀察表明，這些結構是假遺蹟，是由淺底微生物席碎片的浮筏與底物相互作用而產生的溝槽痕跡。風力/波浪方向和強度的變化會導致這些假遺蹟的大小和形態都各不一樣。最常見的假遺蹟是簡單並輕微彎曲的狹窄溝槽（類型1），而其他的是筆直的、現在隆起的側脊（類型2）。這兩種假遺蹟在橫切面上都呈V型。類型3包括長而彎曲的淺槽，顯示內部新月形層壓充填和U形截面。這些假遺蹟和被解釋成動物遺蹟的埃迪卡拉結構的相似度足以提醒要在分析時保持謹慎。為了區分不同微生物誘導的假遺蹟而提出了一系列標準。埃迪卡拉結構的分析需要逐個進行，要考慮到結構的形態、方位、保存方式、沉積環境以及是否存在微生物席。

圖1.潘塔納爾（巴西西部）鹹水湖和假遺蹟。（A）湖岸線顯示風浪的影響範圍。（B）微生物墊局部覆蓋基材。下部的鮮綠色物質是分離的微生物筏。（C）簡單筆直的凹槽，帶有側面凸起的凸角（類型1）。（D）2型凹槽，具有良好保留的線性和平行腐蝕痕跡。（E）由於風向變化而產生的1型和2型彎曲槽。（F）輕微彎曲的3型凹槽，在與顆粒運動相反的方向上呈現月牙形圖案。B，C和D中的白色和黑色比例尺長5釐米。E和F中的刀長20釐米。

原文連結

原文連結：Geology May 29, 2020, Vol.48, 857–861,

doi：https://doi.org/10.1130/G47234.1

（譯者：南京大學地球科學與工程學院古生物學與地層學在讀博士研究生申博恆）

03

由海洋藍藻進行生物介導的矽化作用及其對元古代化石記錄的影響

近日，麻省理工大學等機構的研究人員通過埋藏學實驗，研究由海洋藍藻主導的矽化作用機制，並分析其對元古代化石記錄產生的影響。

矽化作用是元古代潮緣地區發生的主要化石化作用，但在這些環境中，海水二氧化矽濃聚現象以及驅動微生物矽化作用和早期成巖燧石形成的化學和生物機制仍未得到很好的研究。在本項研究中，研究者通過進行埋藏學實驗證明：具有光合作用活性的氰細菌（在形態上類似於最古老的藍藻化石——曙內生細菌）主導了二氧化矽欠飽和狀態下海水中富鎂無定形二氧化矽的形成。結果表明，在元古代潮緣環境中的微生物可能在較低的二氧化矽濃度下介導了自己的矽化作用。

圖1. 藍藻生物膜連續培養試驗1 天 （A）和30 天 （B）後的掃描電鏡圖像及相應的能量色散x射線光譜。

原文連結

原文連結：Geology May 29, 2020, Vol.48, 862–866.

doi：https://doi.org/10.1130/G47394.1

（譯者：天津師範大學地理與環境科學學院地理科學專業本科生廖辭霏）

04

格陵蘭西北部海瓦瑟撞擊事件對更新世有機質的改造

丹麥和格陵蘭地質調查局的Adam A.Garde及其合作者對2018年新發現的海瓦瑟撞擊坑坑緣位置經歷了變質作用的有機質制約了此撞擊坑年齡的上限，發表於《Geology》上。

2018年研究者在格陵蘭島西北部的冰蓋下發現了一個直徑約31公裡的撞擊坑，並命名為海瓦瑟（Hiawatha）撞擊坑，但是該撞擊坑的形成年齡仍不清楚。本文通過對海瓦瑟冰川冰緣的冰水沉積物中發現的有機質的熱變質程度、來源以及年齡的研究約束此撞擊坑的年齡上限。冰川砂中的擊變熔融玻璃以及微碎屑中的受衝擊變質的顆粒中含大量呈分散狀存在的有機碳，並且坑緣的衝積平原發現有大量礫石尺寸的碳屑。並且這些有機物缺乏熱敏性以及生物大分子原烴。在砂樣附近採集的卵石大小的褐煤塊主要源自松樹或雲杉等針葉樹，並且膨脹的軟木細胞和乾燥裂縫表明由快速的溫度變化導致的膨脹和收縮。松樹和雲杉如今已從格陵蘭北部滅絕，但在加拿大北極群島的上新世晚期沉積物和格陵蘭北部東部Kap København的早更新世沉積物中發現過。這些經歷了熱降解有機物約束此撞擊坑的年齡上限為更新世，這也證明海瓦瑟撞擊坑是地球上已知最年輕的大型撞擊結構。

圖1. （A）海瓦瑟撞擊坑及Kap København的地理位置；（B）海瓦瑟撞擊坑及周邊地區的巖面地形圖以及採樣點位置。

圖2. 格陵蘭島西北部海瓦瑟冰川前部的木炭和褐煤樣品。（A）礫石大小的炭粒，具有空泡狀、原細胞壁結構和高反射率；（B）褐煤塊；（C）部分變質的針葉樹殘餘物，具有螺旋狀細胞壁和一年生春夏生長輪；（D）針葉樹軟木的膨大區域，其中的細胞含有許多不同大小的圓形空隙，這些空腔是以前的氣泡形成的；（E）褐煤中的分叉和錐形收縮裂縫；（F）裸子植物木材和含鏡質體碎片的木材碎片的徑向縱剖面。

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原文連結：Geology (2020) 48 (7): 867–871.

doi：https://doi.org/10.1130/G47432.1.

（譯者：小爪爪）

05

加拿大阿爾伯塔省北部地震構造和晚白堊紀金伯利巖巖漿作用的協調研究

加拿大阿爾伯塔省北部的晚白堊紀金伯利巖侵入古元古代地殼，提供了一個能發現鑽石的非常規環境。本文用多學科方法研究了金伯利巖巖漿作用的起源。一項新的遠震調查揭示了一條低速（−1%）帶，連接了伯奇山脈和金伯利巖山脈下面兩個深埋（>200km）的似圓柱形異常。包含金伯利巖山脈侵入的新鈾鉛同位素定年為90.3±2.6 Ma百萬年的放射性數據表明，金伯利巖巖漿作用中存在東北向的年齡進展，這與受全球板塊重建約束的北美（局部）板塊運動速率一致。綜上所述，這些觀測結果說明金伯利巖熔體來源於深部穩定（相對於下地幔）的地區。地幔熱柱和俯衝板塊相互競爭，滿足了運動學約束，並解釋了超深金剛石的剝露。由於最古老的金伯利巖（約9000萬年）和熱柱事件（約1.1億年）之間的明顯年代差，地幔熱柱假說不太能成立。另一種可能是，由於冷凝板塊的熱擾動，地幔過渡帶內的含水相（如尖晶橄欖石）減壓，促進了巖漿的生成。三維巖石圈結構在很大程度上控制了晚白堊紀金伯利巖巖漿作用中溶體的遷移和侵入過程。

（A）金伯利巖和煌斑巖在北美的分布。（B）阿爾伯塔省金伯利巖分布地質圖。

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原文連結：Geology May 29, 2020, Vol.48, 872-876.

doi：https://doi.org/10.1130/G47163.1

（譯者：黃永慧-中國地質大學（北京））

06

納米比亞納馬群中cloudinomorphs的多分支和附著結構

埃迪卡拉紀-寒武紀的cloudinomorphs類群，包括Cloudina屬，是科學家假定的第一個骨骼後生動物。它們營底棲生活，並具有管狀、有機或生物礦化的堆積漏鬥形貌，但對它們的系統發育親緣關係尚未認識清楚。Cloudina屬中曾經描述了罕見的二歧分支，這篇文章通過對納米比亞納馬群中一個微生物席群落的cloudinomorphs進行連續切片和三維建模，證明該類群中存在多歧分枝、二歧分支結構。這些分支共享一個開放的中心腔，通過向外出芽實現分支。這些cloudinomorphs通過管外骨骼結構表現出彼此的附著和相互膠結，並且還與Namacalathus化石相聯結，形成了潛在的水平框架。多歧分支排斥針對其他cloudinomorphs生物提出的雙邊親和性。這增加了埃迪卡拉管形、漏鬥形化石生物趨同的可能性，而cloudinomorphs實際上可能代表具有不同親和性的類群。

備註：

【1】後生動物與多細胞動物的關係是：後生動物是動物界除原生動物門以外的所有多細胞動物門類的總稱。而原生動物門是身體由單個細胞構成的，因此也稱為單細胞動物。

【2】Cloudinids是包含Cloudina屬的早期後生動物家族，生活在Ediacaran晚期，在寒武紀初滅絕。它們形成了毫米級的圓錐形化石，由相互嵌套的鈣質圓錐體組成；有機體本身的外觀仍然未知。Cloudina這個名字是為了紀念20世紀的地質學家和古生物學家Preston Cloud。這類生物化石常常與Namacalathus共存，後者也是該時期後生動物骨骼化石，首次描述也是在納米比亞納馬群巖石中。Namacalathus和Cloudina是化石記錄中後生動物鈣化骨骼形成出現的最古老的已知證據，這是寒武紀早期出現的動物的顯著特徵。

圖1. 納米比亞Omkyk農場上Omkyk段的層面 （A）兩世代微生物席表面（1和2）可見原位的Cloudinomorphs和Namacalathus（黑色箭頭），帶有突出的cloudinomorphs（紅色箭頭），以及微生物席間泥巖中的生物碎屑（3）；（B）在微生物席間區域（箭頭）的大型Namacalathus化石；（C）具有環形形態的Cloudinomorph（漏鬥箭頭）；（D）從層理面和多歧分支三維模型測得的Cloudinomorph管寬度

圖2.（F）用原位後生骨骼動物重建出推測的微生物席群落：（1）微生物席；（2）Namacalathus團；（3）分離於微生物席外的Namacalathus；（4）具水平習性的cloudinomorph分支；（5）多分支cloudinomorph；（6）cloudinomorph通過管外骨骼結構相互附著；（7）cloudinomorph和Namacalathus之間的依附關係

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原文連結：Geology (2020) 48 (9): 877–881.

doi：https://doi.org/10.1130/G47447.1

（譯者：唐演@CUGB）

07

砂質濁流沉積物中的陸源年輕有機碳的有效保存

傳統上認為海洋有機質主要賦存於泥質沉積物中，然而英國南安普頓大學的S.Hage等人對加拿大一港灣的濁積序列的研究，發現其砂質層中也保存了大量年輕的陸源有機碳，發表於《Geology》上。

陸源生物有機碳在海洋沉積物中埋藏作用移除了大氣的二氧化碳，從而影響了氣候變化。大量的陸源有機碳通過河流輸送到海洋，並進一步被濁流搬運到遠海。前人研究表明有機碳可能主要賦存於泥質海洋沉積物中。然而，濁流能搬運大量的粗顆粒的組分，但是這些粗顆粒的有機碳含量通常很低。本文基於加拿大一個海灣的數據表明，年輕的植物碎屑能迅速埋藏於濁積序列的砂質層中。砂質層的有機碳含量比上覆的泥質沉積物高十倍，並且保存的有機質70%以上由植物碎屑組成。上覆的泥質層有效的隔絕了氧氣，從而提高了有機碳的埋藏效率。考慮到砂質濁流河道廣泛分布於港灣及深海，我們認為全球有機碳的埋藏通量可能被低估了。

圖1. 研究區的地理位置以及採樣點。

圖2. 濁流沉積序列中不同層位有機碳的組成示意圖。（A）濁積序列採樣位置示意圖；（B）不同層位有機碳的含量及其碳同位素組成；（C）不同層位有機碳的來源及組成示意圖。

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原文連結：Geology (2020) 48 (7): 882–887.

doi：https://doi.org/10.1130/G47320.1

（譯者：小爪爪）

08

兩千三百萬年以來大氣CO₂含量的變化

在全球變暖的今天，大氣CO₂含量已達到412 ppm（2019年底）。鑑於CO₂在地球氣候系統中的重要作用，理解地質歷史時期大氣CO₂含量的變化對認識未來氣候變遷有著重要意義。在過去800 ka，我們已經從南極冰芯獲得了連續的CO₂含量的變化記錄。雖然也有不同指標重建了其它時段CO₂含量的變化，但是連續的長序列記錄較少。

最近蒙特克萊爾州立大學的助理教授崔瑩和路易斯安那大學拉法葉分校的Schubert副教授及其合作者通過收集前人已發表的C3 植物殘體的δδ¹³C，經過校正重新計算得到了23 Ma以來大氣CO₂含量的變化曲線。

結果顯示：過去23 Ma以來，大氣CO₂含量可能處於230-350 ppm之間（68%的置信區間則為170-540 ppm）變化，且CO₂含量從未低於更新世冰期的最低值（170 ppm）。這表明當今大氣CO₂含量已高於過去7 Ma內的CO₂含量極大值，並且可能高於23 Ma內的極大值。

圖1. 23 Ma以來大氣CO₂含量的變化

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原文連結：Geology (2020) 48 (9): 888–892.

doi：https://doi.org/10.1130/G47681.1

（譯者：三口刀）

09

盆地邊緣如何記錄長期的構造和氣候變化？

沉積地質學的一個長期目標就是要理解構造和氣候變化在盆地充填中的響應。本文使用14個大陸尺度、綿延數百萬年之久的泥沙演算數學模型來研究物源區隆升和降雨量變化的沉積物供應和盆地沉積作用的響應。本文還研究了相對海平面變化（沉降和絕對海平面變化之和）對這些信號的影響。在相對海平面恆定的情況下，由於幾乎所有的沉積物都被搬運到沿海平原和大陸架以外的盆地邊緣，沉積物供給和陸源進積都有類似的響應。

因此，陸源進積可以視為沉積物供應的指標。然而隆升和降雨量的變化會導致物源區不同的侵蝕模式以及盆地-陸源沉積模式。隆升變化會逐漸（數百萬年之久）達到物源區侵蝕和陸源進積的新穩態，但是降雨量變化會引發侵蝕和進積的突變，之後會恢復到初試的穩定狀態。對於相對海平面上升而言，陸架沉積的沉積物會使隆升信號減弱，但由於氣候觸發的沉積物供應變化大到足以影響陸源進積，因此降雨量信號變化可以在盆地-陸緣的記錄中得到解讀。只有理解了沉積物供應和盆地-陸緣進積的關係以及彼此關聯的驅動力響應，我們才能夠更好地解讀地層記錄中的環境變化信號。

圖1：（A）來自GeoMapApp 的喜馬拉雅山-印度河源匯體系地形圖。 （B）在盆地軸向橫截面顯示初始地形（黑色），模型1在25 my處的地形（紅色）和沉降速率的變化（藍色）。（C）模型1的輸入。（D，E）地形圖以及模型1的設計源-匯系統的沉積和侵蝕速率的示意圖。當面板25的負值為25 my時，D板匯區的負值低於海平面。面板E中的負/正值為腐蝕/沉積速率。M—模型; Topo—地形; Depo—沉積; Ero—侵蝕.。

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原文連結：Geology (2020) 48 (9): 893–897.

doi：https://doi.org/10.1130/G47498.1

（譯者：南京大學地球科學與工程學院古生物學與地層學在讀博士研究生申博恆）

美編：ZYN

校對：覃華清