研究揭示晚古生代大冰期演變過程

2021-02-08 中科院之聲

近日，中國科學院南京地質古生物研究所晚古生代團隊研究員陳吉濤等通過對相關地層的鍶、碳同位素綜合研究，認為顯生宙最大的一次冰期事件——晚古生代大冰期的發生，是由大陸風化和有機碳在陸地上的埋藏（形成煤炭）導致，並提出大冰期的最高峰是有機碳埋藏由大陸轉向海洋所導致的。

晚古生代大冰期是顯生宙以來規模最大的、主要發育在南方岡瓦納大陸的一系列多幕式冰期事件。與新元古代及奧陶紀末期的冰期事件不同，晚古生代大冰期事件是地球上動植物繁盛以來最重大的冰期事件，記錄了陸地自有植被（尤其是維管類植物）以來，唯一的一次從「冰室氣候」向「溫室氣候」的大規模轉變。因此，對晚古生代大冰期古氣候的系統研究對認識當今地球系統從「冰室氣候」向「溫室氣候」轉變的趨勢具有一定借鑑和啟示意義。  

該研究對華南石炭紀-早二疊世連續沉積的斜坡相碳酸鹽巖剖面進行了高解析度、高精度的牙形刺鍶同位素研究。該鍶同位素曲線間接反映了當時大陸風化的變化速率，且與當時的泛大陸造山運動、熱帶雨林繁盛與衰敗，以及泛大陸赤道附近的古氣候狀況具有密切聯繫。通過將該鍶同位素與同時期全球無機碳同位素以及古二氧化碳濃度等進行對比，研究結果佐證了晚古生代大冰期的起始與加強是由大陸風化和有機碳在陸地上的埋藏（形成大量煤炭）導致的，同時首次提出大冰期的最高峰，是在大陸風化整體下降及熱帶雨林植被更替的背景下，有機碳埋藏由大陸轉向海洋所導致。  

該研究重新釐定並填補了石炭紀-早二疊世的海水鍶同位素變化趨勢，為該時期地層對比提供了較為精確的鍶同位素地層，是我國申請石炭系「金釘子」的重要工作之一。同時，該研究為晚古生代大冰期全球古氣候變化與古海洋循環提供了有力的生物地球化學證據，是我國對晚古生代大冰期進行多學科交叉研究的綜合性成果之一，也是國際上探討當時環境演變過程和控制因素的標誌性成果。研究結果對認識當今地球環境向溫室氣候轉變的趨勢帶來了啟示。

該研究由南京古生物所與美國加州大學戴維斯分校合作完成，相關研究成果發表在《地質學》上。該研究得到了中科院、國家自然科學基金委、美國國家科學基金會的資助。

圖1.晚石炭紀全球古地理分布圖（該研究立足華南貴州羅甸納慶剖面）

圖2.納慶剖面柱狀圖及碳、鍶同位素

圖3.石炭紀-早二疊世全球事件、鍶、碳同位素及古大氣CO2對比圖

來源：中國科學院南京地質古生物研究所

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