在距今4.45億年前的奧陶紀末期,地球上發生了顯生宙以來第一次短暫而劇烈的全球性氣候變冷事件——赫南特冰期。這次冰期事件在中高緯度地區留下豐富的、多期次的冰川沉積記錄,然而,在中低緯度(如華南)的海相地層中始終難以找到這次冰期事件的可靠沉積學和沉積地球化學證據,這種缺失有可能與地層資訊選取程度和分析儀器的分辯率有限等條件相關。
華南揚子區奧陶紀末期地層保存完整、化石豐富,但因地層凝縮、厚度較小且岩相單一,此前研究難以取得較高精度的冰期-海平面變化證據,阻礙了對該次冰期在低緯度地區的環境效應研究,並進一步影響到不同緯度區之間的精確地層對比。
近期,中國科學院南京地質古生物研究所早古生代研究團隊博士研究生李超和張俊鵬博士等,對揚子區多口科研鑽井的奧陶系頂部地層岩芯展開沉積微相、主微量元素、有機碳豐度及碳同位素等分析研究。研究揭示了該次冰期在中低緯度地區的旋回特徵及環境效應。其中,元素分析首次借助岩芯元素斷層掃描科技(XRF分析),獲得了迄今為止最高的測試精度(樣品點/1 mm),測試結果得到了密集取樣的ICP-OES/MS測試結果的對照檢驗,從而獲得了高解析度的元素地球化學證據。該研究成果已於近日線上發表於地學SCI學術期刊Global and Planetary Change。
通過詳細的沉積微相和海平面變化訓示元素研究,表明奧陶紀末冰期在華南揚子區主要表現為三幕冰期-海平面旋回,相對海平面下降分別發生在晚奧陶世凱迪末期、赫南特早期和赫南特晚期。其中,第三幕海平面下降為本次冰期事件中最大一次海平面下降,記錄於觀音橋層上部。研究提出的三幕式赫南特冰期-海平面旋回與已發表的中高緯度地區冰磧岩記錄相一致,且與其他板塊的沉積(暴露面等)與地球化學證據(如εNd、δ7Li和187Os/188Os等)可對比,進一步證實了赫南特冰期的多期次性。
同時,古海洋環境研究指出,在赫南特冰期期間,華南揚子區不同相區的海洋古生產力和底水氧化還原狀態也表現出與冰期-海平面旋回的同步變化,說明冰期可能通過改變水體迴圈和營養鹽循環模式而影響到當時海洋的生物泵效率。
本研究得到中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、國家科技重大專項和國家留學基金委員會的聯合資助。
論文相關資訊:
Li Chao,Zhang Junpeng,Li Wenjie,Botting Joseph,Chen Qing,Fan Junxuan,Zhang Yuandong.2021. Multiple glacio-eustatic cycles and associated environmental changes through the Hirnantian(Late Ordovician)in South China.Global and Planetary Change,207: 103668.https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2021.103668.
圖1.雙河1井海平面變化訓示元素岩芯掃描(XRF)與主微量測試(ICP)結果
圖2.黃葛1井、雙河1井、宜灣1井赫南特冰期海平面記錄與全球對比