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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

南京古生物所等揭示新元古代“雪球地球”冰蓋的動(dòng)態(tài)變化特征

2020-01-16 南京地質(zhì)古生物研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

　　“雪球地球”假說(shuō)認(rèn)為，當(dāng)冰蓋從兩極擴(kuò)張到一個(gè)關(guān)鍵緯度之后，由于冰反照率的緣故冰蓋將勢(shì)不可擋地急速侵入赤道區(qū)域，導(dǎo)致全球冰封。而由于全球冰封之后風(fēng)化作用幾乎停滯，二氧化碳的消耗大大減少，來(lái)自火山等的二氧化碳不斷積累，最終超過(guò)一定閾值之后溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致“雪球”的快速瓦解。

　　這一假說(shuō)得到了地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)等諸多研究的證實(shí)，但關(guān)于“雪球地球”中冰蓋的動(dòng)態(tài)特征長(zhǎng)期以來(lái)仍存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于部分學(xué)者認(rèn)為全球冰封會(huì)導(dǎo)致水循環(huán)的極大減弱，從而冰蓋應(yīng)該是僵硬不動(dòng)的。然而，大量的沉積記錄，比如垂向的沉積相變、波痕構(gòu)造、冰下排水構(gòu)造等，表明冰蓋是活躍而多變的，有人據(jù)此推斷當(dāng)時(shí)可能存在開(kāi)放水域，并非嚴(yán)格的“雪球地球”狀態(tài)。那么，該時(shí)期的冰蓋是否具有動(dòng)態(tài)屬性，而“雪球地球”的氣候模型下冰蓋是否可以活動(dòng)多變呢？

　　近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士研究生胡春林在導(dǎo)師、研究員朱茂炎的指導(dǎo)下，對(duì)貴州和湖南地區(qū)四條剖面中的鐵絲坳/東山峰組（斜坡相區(qū)的長(zhǎng)安冰期沉積）進(jìn)行了沉積巖相和相組合分析，并對(duì)下伏地層的變形構(gòu)造進(jìn)行了研究。

　　巖相分析結(jié)果表明，研究區(qū)域的鐵絲坳/東山峰組由4種巖相組成，沉積于近端冰海環(huán)境（靠近冰蓋接地線）。其沉積過(guò)程可分為5個(gè)階段：第1階段記錄了冰蓋與下伏地層的相互作用，下文提到的冰川構(gòu)造變形即發(fā)生在這一階段；第2-4階段代表了冰蓋的前進(jìn)-后退-前進(jìn)過(guò)程，第5階段為最終冰消期。亦即是說(shuō)鐵絲坳/東山峰組沉積記錄了至少兩次冰川進(jìn)退過(guò)程，說(shuō)明該時(shí)期的冰蓋是不穩(wěn)定的。

　　鐵絲坳/東山峰組底部的變形構(gòu)造可自上而下分為5個(gè)變形區(qū)（Z1-Z5），從Z1到Z5顯示出逐漸減弱的變形特征，表明造成變形的應(yīng)力來(lái)自上覆冰蓋的運(yùn)動(dòng)。其中Z2變形特征在現(xiàn)代的冰川變形中未曾報(bào)道，研究人員將其解釋為極高應(yīng)力下的產(chǎn)物，并推斷造成此種變形的冰蓋需有極大的質(zhì)量（即厚度），比如“雪球地球”級(jí)別的冰蓋。但這種變形構(gòu)造僅僅是一種地區(qū)性現(xiàn)象還是可以推廣到全球通用模型還有待更多地區(qū)的研究來(lái)論證。

　　沉積巖相變化和冰川變形構(gòu)造特征均表明長(zhǎng)安冰期的冰蓋是不穩(wěn)定的、富于動(dòng)態(tài)變化的。但冰蓋進(jìn)退旋回并不一定意味著開(kāi)放水域的存在或幾次離散的冰期，更有可能是冰蓋有一定程度的減薄和退卻，但并未迎來(lái)最終消融。這種模式與連續(xù)變化的巖相特征和高強(qiáng)度的冰下變形特征更加吻合，也更符合數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)。

　　該研究成果已于近期發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊《古地理，古氣候，古生態(tài)》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。此項(xiàng)研究受到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)（B）的資助。

　　論文鏈接

鐵絲坳-東山峰組的沉積過(guò)程模式圖

小寨（A）和五河（B）剖面的變形構(gòu)造及圖解（C）

冰下變形模式：A.塑性變形; B.脆性變形; C.本研究

　　成冰紀(jì)（~720-635 Ma）以全球性冰期事件為特征，沉積學(xué)、古地磁學(xué)和地質(zhì)年代學(xué)研究表明在該時(shí)期至少發(fā)生了兩次地球從兩極到赤道幾乎完全被冰封的“雪球地球”事件，即較早的斯圖特冰期（Sturtian Glaciation, ~720-660 Ma）和較晚的馬里諾冰期（Marinoan Glaciation, <654-635 Ma），在中國(guó)分別以長(zhǎng)安冰期和南沱冰期稱之。
　　“雪球地球”假說(shuō)認(rèn)為，當(dāng)冰蓋從兩極擴(kuò)張到一個(gè)關(guān)鍵緯度之后，由于冰反照率的緣故冰蓋將勢(shì)不可擋地急速侵入赤道區(qū)域，導(dǎo)致全球冰封。而由于全球冰封之后風(fēng)化作用幾乎停滯，二氧化碳的消耗大大減少，來(lái)自火山等的二氧化碳不斷積累，最終超過(guò)一定閾值之后溫室效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致“雪球”的快速瓦解。
　　這一假說(shuō)得到了地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)等諸多研究的證實(shí)，但關(guān)于“雪球地球”中冰蓋的動(dòng)態(tài)特征長(zhǎng)期以來(lái)仍存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于部分學(xué)者認(rèn)為全球冰封會(huì)導(dǎo)致水循環(huán)的極大減弱，從而冰蓋應(yīng)該是僵硬不動(dòng)的。然而，大量的沉積記錄，比如垂向的沉積相變、波痕構(gòu)造、冰下排水構(gòu)造等，表明冰蓋是活躍而多變的，有人據(jù)此推斷當(dāng)時(shí)可能存在開(kāi)放水域，并非嚴(yán)格的“雪球地球”狀態(tài)。那么，該時(shí)期的冰蓋是否具有動(dòng)態(tài)屬性，而“雪球地球”的氣候模型下冰蓋是否可以活動(dòng)多變呢？
　　近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所博士研究生胡春林在導(dǎo)師、研究員朱茂炎的指導(dǎo)下，對(duì)貴州和湖南地區(qū)四條剖面中的鐵絲坳/東山峰組（斜坡相區(qū)的長(zhǎng)安冰期沉積）進(jìn)行了沉積巖相和相組合分析，并對(duì)下伏地層的變形構(gòu)造進(jìn)行了研究。
　　巖相分析結(jié)果表明，研究區(qū)域的鐵絲坳/東山峰組由4種巖相組成，沉積于近端冰海環(huán)境（靠近冰蓋接地線）。其沉積過(guò)程可分為5個(gè)階段：第1階段記錄了冰蓋與下伏地層的相互作用，下文提到的冰川構(gòu)造變形即發(fā)生在這一階段；第2-4階段代表了冰蓋的前進(jìn)-后退-前進(jìn)過(guò)程，第5階段為最終冰消期。亦即是說(shuō)鐵絲坳/東山峰組沉積記錄了至少兩次冰川進(jìn)退過(guò)程，說(shuō)明該時(shí)期的冰蓋是不穩(wěn)定的。
　　鐵絲坳/東山峰組底部的變形構(gòu)造可自上而下分為5個(gè)變形區(qū)（Z1-Z5），從Z1到Z5顯示出逐漸減弱的變形特征，表明造成變形的應(yīng)力來(lái)自上覆冰蓋的運(yùn)動(dòng)。其中Z2變形特征在現(xiàn)代的冰川變形中未曾報(bào)道，研究人員將其解釋為極高應(yīng)力下的產(chǎn)物，并推斷造成此種變形的冰蓋需有極大的質(zhì)量（即厚度），比如“雪球地球”級(jí)別的冰蓋。但這種變形構(gòu)造僅僅是一種地區(qū)性現(xiàn)象還是可以推廣到全球通用模型還有待更多地區(qū)的研究來(lái)論證。
　　沉積巖相變化和冰川變形構(gòu)造特征均表明長(zhǎng)安冰期的冰蓋是不穩(wěn)定的、富于動(dòng)態(tài)變化的。但冰蓋進(jìn)退旋回并不一定意味著開(kāi)放水域的存在或幾次離散的冰期，更有可能是冰蓋有一定程度的減薄和退卻，但并未迎來(lái)最終消融。這種模式與連續(xù)變化的巖相特征和高強(qiáng)度的冰下變形特征更加吻合，也更符合數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)。
　　該研究成果已于近期發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊《古地理，古氣候，古生態(tài)》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）上。此項(xiàng)研究受到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)（B）的資助。
　　論文鏈接
　　鐵絲坳-東山峰組的沉積過(guò)程模式圖
　　小寨（A）和五河（B）剖面的變形構(gòu)造及圖解（C）
　　冰下變形模式：A.塑性變形; B.脆性變形; C.本研究

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