地學前沿||《Geology》2020年第11期論文導讀（上）

1 東亞冬季風早全新世的減弱和中晚全新世的增強

當前，關於全新世亞冬季風在亞軌道尺度上的變化還存在爭議，這一爭議在某種程度上系黃土高原高質量記錄匱乏所致。最近中科院地環所的康樹剛副研究員及其合作者通過對黃土高原3個黃土剖面的光釋光年代學和粒度分析，重建了全新世高解析度的東亞冬季風變化。結果顯示，在早全新世（11.7-6.5千年），東亞冬季風呈現明顯減弱的趨勢，而中晚全新世（6.5千年距今）則是明顯增強。作者認為這兩種變化可能分別與北半球高緯冰量和中高緯溫度的變化有關。同時，研究結果顯示，全新世東亞夏季風與冬季風呈現反相位的變化。該研究為全新世東亞冬季風的變化提供了可靠的證據，同時也有助於理解未來東亞冬季風的變化。

全新世以來東亞冬季風和夏季風強度變化記錄的對比

A-研究中各剖面粒度中值的均一化；B-黃土高原粒度集合曲線CHILOMOS；C- 西北太平洋Oki 02孔沉積物粒度指數；D-大地灣剖面Zr/Rb；E-西北乾旱區活動沙丘佔比；F-中國石筍δ¹⁸O集成；G-山西公海重建的降水量變化；H-西北乾旱區固定沙丘佔比；I-研究中各剖面磁化率的均一化

原文連結：

Geology(2020) 48(11): 1043-1047.

DOI：

doi.org/10.1130/G47621.1

相關中文報導：http://www.ieexa.cas.cn/xwdt/kydt/202007/t20200716_5631186.html

（譯者：三口刀）

2

白堊紀末生命大滅絕事件後底棲動物快速的多樣性和穩定化

墨西哥尤卡坦半島Chicxulub 隕石撞擊坑遺蹟化石研究（國際大洋鑽探項目 [IODP]/國家大陸圈科學鑽探計劃 [ICDP] Site M0077）顯示白堊紀末（白堊紀-古近紀 [K-Pg]）生命滅絕事件後的底棲生物恢復速度出奇地快。該研究發現在約700 k.y內發育良好的層級群落建立之後，完全恢復速度也很快。研究發現了恢復過程有著數個階段，每個階段都涉及穩定化和多樣性，最後以含豐富的與Zoophycos遺蹟化石相相關的Zoophycos，Chondrites和 Planolites遺蹟化石組合的發育而終止。多樣性增加得益於更高的豐富度、更大的體型以及更深也更複雜的層級結構。如此快速的恢復揭示撞擊坑內的宜居古環境迅速重建了，確保了基質的大規模擴增。同二疊紀末大滅絕的比較揭示了在恢復上的相似性，但是白堊紀-古近紀大滅絕事件之後的恢復速度更快。該快速恢復對白堊紀-古近紀大滅絕事件後底棲生物的演化有著重要的指示意義。該研究結果為白堊紀-古近紀大滅絕事件之後的生物群落恢復以及該事件有別於其它大滅絕事件之處之間建立了聯繫。

演化過程中不同階段的層級模型。

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Geology (2020) 48(11):1048–1052.

DOI：

doi.org/10.1130/G47589.1

（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生申博恆）

3

混雜巖模型對比流體和熔體在弧下地幔中的富集：鋇同位素在湯加-克馬德克弧的應用

從俯衝板塊中分別加入流體和沉積物成分使得弧下地幔富集的模型存在了很長時間，但這種模型在過去幾年裡被混雜巖模型所替代。混雜巖模型中，俯衝板塊的組分在板幔界面處發生物理混合。混雜物質通過底闢作用上升到地幔楔較熱的部分，橄欖巖因此雜化（hybridized）隨後發生部分熔融。本研究首次對湯加-克馬德克弧（西南太平洋）火山巖進行了Ba同位素研究，表明Ba同位素可以區分來自不同俯衝組分的流體和熔體。俯衝板塊中沉積物和蝕變洋殼（AOC）流體不同比例的貢獻，使Ba同位素沿走向顯著變化，這為兩種模型對比提供了新的制約。Ba-Sr-Pb同位素相關關係表明，沉積物熔體和AOC流體在不同的時間加入弧巖漿源。至少在這條弧上，本研究提出了與過去混雜巖模型不一致的觀點。

δ^138/134Ba 和（A）Ba/Th，（B）Th/Yb，（C）Sr/^{87 86}SrSr，和（D）²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb之間的相關關係。LSC指Louisville海底山鏈。在A、B和C中，δ^138/134Ba誤差線代表2倍標準差（SD）。D圖顯示了每個島嶼（在西南太平洋的湯加-克馬德克弧）平均δ^138/134Ba與平均²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb的對比，δ^138/134Ba數據來自本研究，雙稀釋劑法Pb同位素數據來自參考文獻。在C和D中，實線代表計算得到的地幔、沉積物熔體和蝕變洋殼（AOC）流體之間的混合線；X標記表示沉積物加入比例，單位為%；紅線和箭頭表示計算得到的沉積物熔體交代地幔與AOC流體的混合線；藍線表示AOC和沉積物的合理混合範圍所計算出的混合成分；藍色箭頭為混雜巖與楔狀橄欖巖的混合趨勢。模型計算詳見附件。

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Geology (2020) 48 (11): 1053–1057.

DOI：

doi.org/10.1130/G47549.1

（譯者：南京大學地球科學與工程學院礦床學在讀碩士生陳博洋）

4 現生腕足及新生代腕足化石的鋰同位素組成

海水的鋰同位素組成（δ⁷Li_sw）記錄了地史上的全球氣候及碳循環的關鍵信息。基於有孔蟲重建的海水鋰同位素組成表明過去六千萬年來δ⁷Li_sw的值增加了約9‰。增加的δ⁷Li_sw值反映矽酸鹽風化發生了變化，而矽酸鹽風化或許導致新生代以來的全球氣候變冷。但是，實驗表明「生命效應」會導致有孔蟲殼體與海水之間鋰同位素分餾係數的巨大變化，從而制約了基於有孔蟲重建的海水鋰同位素值的可靠性。因此，亟需新材料來驗證基於有孔蟲重建的海水鋰同位素組成的可靠性。並且基於不同材料的重建結果的彼此驗證也有助於重建更古老地質時代的海水鋰同位素組成。該項研究分析了34個現代腕足殼體的鋰同位素組成，發現現代腕足殼體的δ⁷Li_sw值為24.2‰ 至28.8‰（平均為26.8‰；1σ=0.5‰），這與前人報導的海相無機成因方解石的值接近。這表明腕足殼體可以很好的記錄海水的鋰同位素組成。在此基礎上，該文報導了六千五百萬年前至七萬年前的腕足化石的鋰同位素組成。結果顯示腕足化石記的海水鋰同位素組成的變化與有孔蟲的值一致。該研究首次證實了新生代以來海水的鋰同位素組成的確上升了約9‰，並且表明可以利用除有孔蟲以外的其他類型的碳酸鹽重建更古老地質時期的海水鋰同位素演化。

上：基於有孔蟲（灰色）及腕足化石（紅色）重建的新生代海水鋰同位素演化曲線；中：新生代以來海水的氧同位素演化曲線；下：新生代以來海水的碳同位素演化。

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Geology (2020) 48 (11):1058-1061.

DOI：

doi.org/10.1130/G47558.1

（譯者：小爪爪）

5 低地河流系統在後退過程中的形態動力學平衡

由於下遊盆地的淤積導致侵蝕基準面的抬升，低地河流系統（河道坡度為10^-5~10^-4）即使在侵蝕基準面抬升之前已經相對後撤了但在基準面抬升之後任不可避免的向源頭後撤。這種由於基準面抬升及沉積物充填導致的河流從穩態到後退過渡的自生模式成為「自行後退」。該研究基於自行後退的形態動力學模型探究了在持續的河流基地抬升及沉積物供應的情況下河流水動力的變化以及相應的地層記錄。數值模擬結果表明在河流的回水長度以及下切的河道的剖面達到動力學平衡後河流系統會達到一個穩態。此外，模擬結果表明，當達到穩態後回水區河流深度會比下遊深兩倍，而這種河流形態在許多自然系統中也存在。通常而言，在自行後退期間，回水效應在低地河流-三角洲系統的形態動力學中起著關鍵作用，而這種水動力條件對於預測河流隨海平面變化的響應至關重要。

圖1.（A）海岸線（侵蝕基準面）的遷移速率，其中正值代表向沉積盆地移動，負值代表向上遊遷移；（B）海岸線及沉積峰（河道沉積速率最高的位置）的前沿隨位置隨時間的演化；（C）回水區長度水時間的演化；（D）沉積物到達衝積扇的比例隨時間的演化。

圖2.（A）歸一化回水長度（L_b/L_a）與系統達到沉積物匱乏的自動退縮所需的時間（t_ssa/ T_a）的關係圖，L_b—回水長度，L_a—回退所導致的沉積的地層的長度，t_ssa—系統達到沉積物匱乏的自動回退所需要的時間，T_a—回退沉積的地層的時間長度；（B）上遊河流到達回退區與下遊河口位置河流深度的對比圖。

原文連結：

Geology (2020) 48 (11): 1062–1066.

DOI：

doi.org/10.1130/G47556.1

（譯者：小爪爪）

6 風成巨波痕條紋

該研究對側風交替和與風向平行的通道內的巨波痕和稍小尺度的「巨波痕條紋」的底形進行了考察、測量和建模。巨波痕通道比起中間過渡型的底形通道有著更高的底形、更長的波長和更粗的表面沉積物。同時，研究還類舉了地球（阿根廷、納米比亞、美國、伊朗、秘魯和中國）和火星的案例。利用一個簡化的複雜性模型，該研究證明了巨波痕和巨波痕條紋是在在兩種搬運長度的尺度下開始形成的，分別源自長期跳躍的躍移和短時跳躍的表面蠕移。當表面蠕移顆粒濃度有限時，呈現自組織條紋模式；隨著表面蠕移顆粒濃度的增加，典型的巨波痕逐漸開始發展。研究模擬的巨波痕條紋的三維地形與美國加州Oceano沙丘的天然巨條紋非常相似。通過跟蹤模擬過程中表面蠕移顆粒濃度和空間自相關性的變化，研究發現當局部表面蠕移顆粒濃度達到足夠大時（能作為巨波痕的核），條紋便開始形成。結果揭示巨波痕條紋可能有著簡單而穩定的形成機制。

位於（A）阿根廷Abra Pomez，（B）美國加州Oceano沙丘，和（C）火星拉貝隕石坑的巨型條紋。（D）Abra Pomez（阿根廷）和Oceano沙丘（加利福尼亞，美國）通道內樣品的中值粒徑直方圖（D50）。

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Geology (2020) 48(11): 1067–1071.

DOI：

doi.org/10.1130/G47460.1

（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生申博恆）

7

陸殼中部的間歇性斷裂可作為與俯衝帶地震旋迴相關的主應力軸瞬時變換的證據

在阿爾卑斯山脈東部的內維斯地區，位於阿爾卑斯大逆衝斷層之上的大陸地殼中部剪切帶的裂縫，通常與推斷的長期壓縮方向呈高角度相交。裂縫表現為分段幾何形狀，且局部有明顯的偏移，表明其與後來的韌性剪切方向發生相反的位移，意味著擠壓過程中主應力軸σ₁和σ₃的變化。該研究認為這種通過疊印關係以及不同程度的斷裂再激活所表現出來的重複變化，是由於阿爾卑斯大陸碰撞系統中零星的共震和早期的震後回彈引起的。由於地震應力在瞬間以快速的應變速率釋放和孔隙流體壓力的影響，軟弱的中部地殼巖石出現間歇性斷裂。阿爾卑斯大逆衝斷層上盤廣泛的瞬間斷裂在區域上控制著地殼中部韌性剪切帶的走向以及巖漿巖脈的侵位。

東阿爾卑斯山脈的局部簡化構造圖，據Scharf et al.（2013），並標出內維斯區域。展示了內維斯地區漸新世-中新世的壓縮（σ1）和伸展（σ3）方向（Pennacchioni和Mancktelow, 2007），這與區域走滑斷層同時活躍的剪切方向（紅色箭頭）一致。DAV-Defereggen-Antholz-Vals斷層。

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Geology (2020) 48 (11): 1072–1076.

DOI：

doi.org/10.1130/G47625.1

（譯者：掉幀青年蕭暮春@YU）

8

側翼滑動：義大利埃特納火山爆發和巖漿上升的閥門和前兆

在世界各地的許多火山上都觀察到了巖漿上升、巖脈侵入和側翼坍塌的現象，但它們之間的相互作用仍鮮有文獻記載。在2018年義大利埃特納火山爆發期間，大量的合成孔徑雷達幹涉測量和連續全球定位系統（GPS）觀測捕捉到的一次劇烈巖脈侵入活動，導致火山東翼向海洋劇烈滑動，並伴有脆性破壞和深部巖漿供應。本文提出了一個在側翼加速和巖漿侵入之間的反饋過程，即火山的長期變形和短期變形相互作用的結果。側翼滑動起著閥門的作用，調節著淺層系統內巖漿的就位和噴發。更快的側翼加速度可能導致淺層的突然崩塌和地震。反之，側翼滑動事件可以作為埃特納火山巖漿深度的變化和陣發性噴發的前兆。

圖：（A）哨兵-1（歐洲航天局）2018年12月28日至2019年6月20日期間的下降合成孔徑雷達（SAR）幾何平均速度圖。藍色（正值）接近傳感器；紅色（負速度）正沿著視線（LOS）移動。紅色（觀察到的）和黃色（模擬的）箭頭代表相同時間跨度內的水平連續全球定位系統（CGPS）速度。黃星代表模擬源的表面投影。EDAM、ESLN、ECRI、EBAG、EPOZ和ELAC是CGPS站。主要斷層也顯示在地圖上（FF-Fiandaca fault（菲安達卡斷層））。（B）哨兵-1在2019年1月3日至2019年6月26日期間的升序幾何平均速度圖。（C）2017年4月1日至2019年6月26日期間EDAM-ESLN基線的長度變化。（D）4個東部CGPS站位移時間序列。在C和D中，藍色和紅色垂直線分別標誌著火山爆發和4.9級地震的開始。

註：Baseline length variation -基線長度變化；Displacement-位移

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Geology (2020) 48 (11): 1077–1082.

DOI：

doi.org/10.1130/G47656.1

（譯者：王天奇，中國地質大學（北京）地球科學與資源學院）

9

美國加州死亡谷Kinston Peak組新元古代裂谷作用和Marinoan冰期啟動的地質年代學約束

美國加利福尼亞州的死亡谷雖然擁有標誌性的成冰紀（Cryogenian）雪球地球沉積，但由於缺乏直接的地質年代學約束，該套沉積具有多種相關性和年齡模型。該文中，研究人員使用了兩組Kinston Peak組鋯石U-Pb同位素稀釋-熱電離質譜的高精度數據：一組為同冰期Limekiln Spring段火山噴發年齡705.44±0.28 Ma；一組位於Wildrose亞段混積巖下，為非冰期Thorndike亞段的最大沉積年齡651.69±0.64 Ma。這些數據證明，Limekiln Spring段和Surprise段沉積於Sturtian冰期間，而Wildrose亞段屬於Marinoan冰川沉積，上覆的Noonday組Sentinel Peak段則是碳酸鹽蓋層。此外，Thorndike亞段的年齡超過了華南大塘坡組放射性同位素年齡，成為Marinoan冰期開始的最小約束年齡，證明成冰紀間冰期持續了至少9個百萬年，而Marinoan冰期持續了不過17個百萬年。在勞倫大陸（Laurentia）西部，成冰紀冰期發生於~85百萬年的橫向不連續斷陷盆地內與裂谷相關的沉降和巖漿作用背景之下。

美國加州死亡谷的區域與地方地層，並編匯了成冰紀的地質年代學。

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Geology (2020) 48(11)：1083-1087.

DOI：

doi.org/10.1130/G47668.1

（譯者：CDUT—Aether）

美編&校對：覃華清