扬子地块奥陶纪末的大规模气候波动研究取得进展

2010-7-14 00:00 来源: 地质与地球物理研究所
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  扬子地块奥陶-志留系界线附近高分辨率化学蚀变指数(CIA)变化及对比 (A)宜昌王家湾剖面;(B)贵州桐梓南坝子(红花园附近)剖面。CIAcorr.代表校正的CIA指数(实圆心),垂直虚线代表平均页岩的CIA值范围,阴影段代表Hirnantian气候寒冷期,箭头指示奥陶纪末的两次大规模生物绝灭期(I, II),其与气候的突变相对应;同时还可看出,王家湾剖面从奥陶纪末至早志留纪CIA指数逐渐变小的趋势。

  奥陶纪-志留纪转折期是地质历史中一个非常关键的时期,全球构造、气候、海洋和生物界都发生了重大的变化,其中最为显著的就是晚奥陶世末的生物集群绝灭事件和温室气候背景下的冈瓦纳冰川事件。生物绝灭机制,冰川形成过程、影响范围以及两者之间的耦合关系是目前地球科学界研究的热点,而当时中国南方(扬子地块)并没有冰川沉积的地质证据,此冰川事件在该地区的影响及程度只是推测。

  为了解决这些问题,中科院地质与地球物理研究所博士生严德天在做博士学位论文期间,在导师陈代钊研究员、王清晨研究员的指导下,通过对扬子地区上奥陶统-下志留统细碎屑岩的化学成分和化学蚀变指数(CIA)分析,重塑了扬子地区晚奥陶世-早志留世高分辨率古气候变化过程,并探讨了冰川事件与生物集群灭绝的关系。

  研究结果表明,扬子地区上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组碎屑岩CIA值分布于75-90之间,指示沉积物经历了非常强的化学风化作用,反映当时极端温暖、湿润的气候环境。但上奥陶统顶部的观音桥段CIA值明显降低(主要分布于60-70之间),且波动频繁,反映当时化学风化作用不强,总体以寒冷、干燥气候为主,但很不稳定,经历了多期寒冷干燥-温暖湿润的变化过程,此种情形在以前的研究中并没有明确提出。在此基础上,基于观音桥段底、顶快速气候转变界线与两次生物绝灭事件时限的高度吻合性,他们进一步指出:冰川事件及其引发的海洋环境变化是此转折期生物集群绝灭的主控因素。此外,该结果也指示了自观音桥期后扬子和华夏两地块快速拼合、隆升的历史。

  此项研究成果最近发表在2010年7月出版的国际著名地学期刊Geology第38卷第7期(Yan et al. Large-scale climatic fluctuations in the latest Ordovician on the Yangtze block, south China. Geology, 2010, 38 (7): 599–602)。

小资料:化学成分和化学蚀变指数(CIA)是指碎屑岩中易迁移元素(如K、Na、Ca等)相对于不易迁移元素(如Ti、Al)迁出程度的指标,风化作用越强(即气候越温暖、潮湿),CIA指数越高,反之亦然。此方法也是初次应用于该重大转折期古气候的研究。