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科学研究

高远:松辽盆地科学钻探揭示白垩纪末期温室地球陆地气候情况变化【ESR,2021】
2021-06-07 阅读:857

白垩纪末期至古近纪初期,地球处于两极无冰的温室气候状态。期间发生了多次重大地质事件,如德干大火成岩省喷发、希克苏鲁伯小行星撞击、白垩纪-古近纪界线(K-Pg界线)包罗非鸟恐龙类在内的多门类生物灭绝。海相沉积纪录讲明这段时期地球气候颠簸显著,体现为若干次变冷和变暖事件,影响了生物灭绝与苏醒。但是,人们对同时期陆地气候情况变化及其与重大地质-生物事件的联系仍然认识不清,重要原因是缺少连续的陆相地质纪录。“松辽盆地大陆科学钻探——松科1井”获得了白垩纪末期至古近纪初期连续完整的陆相沉积岩心,为研究这一时期陆地气候情况变化提供了名贵素材。

围绕上述科学问题,我校高远副教授、王成善院士及其相助者对“松科1井”四方台组-明水组岩心开展了沉积学、粘土矿物学、元素地球化学、稳定同位素地球化学等多指标综合研究,重建了晚白垩世晚期至古新世早期(约75-65Ma)东亚中纬度陆地气候情况变化。研究取得的新认识如下:

1、发现四方台组-明水组沉积相、古土壤类型、粘土矿物指标、元素地化指标、古土壤自生碳酸盐稳定同位素指标在时间序列上变化明显,各指标具有相关性,配合指示陆地气候情况显著颠簸。

2、揭示陆地气候变化的历程及其与海洋气候变化的联系。在海相纪录变暖事件期间(如马斯特里赫特中期和晚期),松辽盆地温度升高,降水增加,东亚季风水汽增强,湖泊扩张;在海相纪录变冷事件期间(如马斯特里赫特早期和K-Pg界线之前),松辽盆地温度降低,降水淘汰,西风环流水汽增强,湖泊萎缩(图1)。

3、提出大规模火山运动(致热)和大陆风化作用(致冷)是导致白垩纪末期至古近纪初期气候颠簸的驱动力。发现K-Pg界线之前大陆风化作用增强,为“风化致冷”假说提供重要证据,指示显著气候颠簸可能促进了生物灭绝(图2)。

以上研究为晚白垩世晚期到古新世早期(约75-65Ma)这一重要温室气候时期提供了首个连续的、较高分辨率的、多指标综合的陆地气候情况纪录,揭示了东亚中纬度陆地对全球气候变化敏感响应的历程与机理,有助于深入理解K-Pg界线四周地质-生物-气候事件的密切联系,也为未来气候变暖评估提供深时古气候资料的支撑。

图1:松辽盆地晚白垩世晚期至古新世早期陆地气候暖湿(粉色条带)、冷干(蓝色条带)和干热(黄色条带)事件及其与海相纪录的对比

图2:K-Pg界线四周松辽盆地气候情况和大陆风化纪录及其与海相纪录的对比

上述结果发表在地质学领域权威期刊《Earth-Science Reviews》上:Gao, Y.*, Ibarra, D. E., Rugenstein, J. K. C., Chen, J., Kukla, T., Methner, K., Gao, Y. F., Huang, H, Lin, Z, Zhang, L. Xi, D., Wu, H., Carroll, A., Graham, S. A., Chamberlain, C. P., Wang, C. (2021). Terrestrial climate in mid-latitude East Asia from the latest Cretaceous to the earliest Paleogene: A multiproxy record from the Songliao Basin in northeastern China. Earth-Science Reviews, 103572. doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103572. [IF=9.724]

全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012825221000714

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