发布时间 : 星期六 文章010111-F地史学课程设计 - 图文更新完毕开始阅读
OF ST RAT IGRAPHY,2006,30(2):97-102.
[13] 郭了萍,李登伟,彭 军 ,李明和.我国层序地层学研究的发展趋势.河南石
油,2005,19(6):1-5.
[14] 叶笃正,符淙斌,董文杰. 全球变化科学进展与未来趋势.地球科学进
展,2002,17(4):467-469.
[15] 于兴河，郑秀娟，李胜利.地质学高等教育方法论.北京：高等教育出版社，
2010.
[16] Za lasiewicz, J., Smith, A. et al., Simplifying the stratigraphy
of time.Geology, 2004, 32 (1): 1-4.
[17] Jackson, J. B. C., Johnson, K. G. Measuring past
biodiversity.Science, 2001,293: 2401~2403.
[18] Simon A. Levin. Ecosystems and the Biosphere as Complex Adaptive
Systems. Ecosystems (1998) 1: 431–436
[19] E. G. Nisbet,N. H. Sleep.The habitat and nature of early life.
NATURE,2001,409（22）：1083-1091.
[20] http://202.114.196.26:8088/2007jpkc/dsxgj4/
另附小论文：
新元古代“雪球地球“事件研究综述
摘要 新元古代曾发生过强烈的全球性冰川作用，这一时期的地层不同于显生宙冰期地层，冰川到达了当时的赤道和低纬度地区。为了解释这一独特现象，有学者提出了“雪球地球”假说。该假说解释了一些新元古代冰川现象, 如低纬度和低海拔冰川沉积、帽碳酸盐岩、负的碳酸盐C漂移和BIF 铁矿等现象。尽管有不同的假说与解释, 但“雪球地球”最为流行。“雪球地球”事件被认为起因于地球系统的变化, 如Rodinia 超大陆的裂解、超级地幔柱的活动及古地磁真极的漂移等。“雪球地球”的极端气候环境变化, 促进了生命的演化, 造成了寒武纪生物大爆发。本文对有关新元古代全球性冰川作用的研究进行了综述。 关键词 新元古代 雪球地球 华南 超级地幔柱 真核生物辐射
在地球形成以来的几十亿年中，地球上出现过多次大冰期，比较著名的有新元古代大冰期（距今约7.5亿年-5.8亿年）、石炭纪-二叠纪大冰期（距今约三亿年）和新近纪更新世大冰期（距今约180万年）。研究表明，在石炭纪-二叠纪冰期和更新世冰期时期，冰川主要分布在中、高纬度地区；而新元古代冰川到达了当时的赤道和低纬度地区。地球在这一时期广泛发育了多套冰川沉积。其中最具代表性的冰川沉积发生在距今约6.3亿年前，几乎在现今所有大陆上都留下了可靠的岩石记录，这就是马瑞诺冰期（Marinoan glaciation）。在中国南方被称之为扬子地台的广大地区（包括云南、四川、陕西南部，向东经广西、贵州、湖南和湖北等地，至安徽、江苏、江西和浙江等地）的新元古代地层中，都发现了同时代的冰川沉积记录，它们被成为“南坨冰期”沉积。地质学家们普遍相信，我们居住的地球在新元古代时期经历了自形成以来最强烈的气候波动，最极端的模式——“雪球地球”假说认为，冰期时全球气温变化幅度达到100℃，当时整个地球全部被厚厚的冰层覆盖，变成了一个的“雪球”。
1 “雪球地球”假说
1.1 假说的提出
1992 年, J.L.Kirschvink首次提出新元古代曾经出现几次“雪球地球”事
件, 用此来解释推进到赤道附近海平面( 即低纬度和低海拔) 的全球性冰川作用。他指出, 有利于全球出现冰川的条件是大陆板块基本上都聚集在中、低纬度地区, 这种情况不寻常, 在地球随后的历史上再也没有出现过。他认为这种地理条件的响应就是亚热带地区的反射率极大的提高, 云层不再重要; 高、中纬度形成的冰川使海平面降低, 使部分大陆架和内陆海露出海平面, 陆地面积增加,进一步提高了地球的反射率; 同时, 热带地区大陆面积的增加加速了硅酸岩的风化, 大气中CO2 浓度降低导致地表温度进一步下降, 冰盖反射的结果最终使气候不稳定, 使全球的海洋都冰冻。冰反射引发的大灾难在其它星球上也发生过,它是持久的、不可逆转的。然而, 地球能够从“雪球地球”返回是有“救世主”的。这“救世主”就是板块构造驱动的长期碳循环( 洋中脊、岛弧火山释放的 CO2) 使大气温室气体含量不断增加, 而极端的气候使生物初级产率和有机碳的埋藏几乎终止。
真正引起人们重视的还是1998 年P.F.Hoffman等重提“雪球地球”假说。他们根据南部非洲纳米比亚以及世界其他地区直接覆盖在新元古代冰川沉积之上帽碳酸盐岩的碳同位素研究指出, 各地一致的碳同位素负异常意味着地表海洋的生物产率曾中断数百万年。他们认为生物产率的中断能够用全球性冰川作用
( 即“雪球地球”) 解释, 只有当海底火山的去气造成大气中CO2 高达现在的350 倍时, 地球上出现极端的温室环境, 冰川才快速结束。大气CO2 转移至海洋, 在温暖的地表海洋中生成碳酸钙沉淀, 形成全球都出现的帽碳酸盐岩。显然, 与显生宙的几次大冰期不同, 新元古代的冰川扩展到赤道附近。
1.2 “雪球地球”假说对全球性冰川事件的解释
为什么会在前寒武纪末期产生几次这样的全球性冰期呢? P.F.Hoffman认为这与新元古代晚期聚集在赤道附近的Rodinia超大陆的裂解有关: 超大陆的裂解使大陆边缘海面积迅速增加, 大大增加了边缘海生物初级产率和有机碳埋藏量,使大气圈中CO2在化学风化和沉积过程中大量进入岩石圈，含量迅速减少；另一方面，边缘海生物初级生产力也大大增加，生物的固碳作用和沉积作用也消耗了“温室”气体CO2并释放出“冰室”气体O2，从而使地球表面的温度逐渐降低，两级冰盖形成并向中、低纬度发展，进而驱动了失控的冰反射灾变, 形成了“雪球地球”。按照这一假说, 聚集在赤道周围的超大陆解体是引发那次“灾变”的起因。当时的海洋都被冰冻, 冰盖推进到赤道, 平均厚约1 km, 全球温度骤降至大约-50℃。每次冰期持续大约10 Ma, 海底火山释放出的CO2积累在冰盖之下。
但这个“大雪球”后来又是怎样恢复到蔚蓝色的星球呢？按照“雪球地球”模型，在冰天雪地的年代，火山活动并没有停止，可能出现过大规模的热液蚀变和CO2排放。同时，岩浆活动可能使先期在海底形成的甲烷天然气水合物释放、氧化，使得“雪球”时代的大气圈中的CO2浓度迅速增加，然而冰期时化学剥蚀和有机物的沉积速度却明显减慢，因而大气中CO2的补给量超过消耗量。经过数百万年的日积月累，CO2达到一定浓度时，“温室效应”就发生了，其结果是地球温度迅速升高，“雪球”融化，全球温度急剧上升至大约50℃，地球又恢复到它的本来面目。“雪球地球”假说重新引起人们对新元古代冰期成因的兴趣, 而重新审视那个时期冰川作用产生的沉积学、地层学和地球化学记录, 去检验它正确与否。
1.3 “雪球地球”假说:来自华南的证据
在中国南方的广大地区，新元古代广泛发育了一至两套冰碛岩。一般认为，中国南方扬子区新元古代冰期包括两个冰期和一个间冰期，分别称之为长安冰期（或江口冰期）、大塘坡间冰期和南坨冰期。早期冰期沉积以桂北和黔东南的长
安组、富禄组合铁丝坳组为代表；间冰期沉积为大塘坡组；南坨组及相应地层为晚期冰期沉积。其中南坨组冰碛层就相当于马瑞诺期的沉积记录。
南坨冰碛层的研究始于20世纪初，之后许多地质学家前辈，包括葛利普和李四光等，对中国南方震旦纪冰期地层作了大量研究工作，内容涉及冰碛岩的特征、含冰碛岩地层的层序、冰碛岩形成环境、区域分布，以及冰碛地层的划分对比和绝对年龄、冰期沉积的古纬度及冰川作用起源探讨等许多方面。
南坨组冰碛层是扬子区新元古代分布最广的冰期沉积记录，除四川中部和北部局部地区外，几乎在整个扬子地区都有分布，并且表现出从西北往东南方向依次为冰盖剥蚀区，大陆冰川沉积区，再到冰海沉积区的展布特征。
南坨组冰碛岩中保存的化石非常稀少。截至到目前，从南坨组岩石中获得的微体化石以光面球形疑源类为主，其分异度和丰度都非常低。
关于南坨冰碛岩的年龄最近几年取得了突破性进展。紧接着冰碛岩之上的地层年龄为635Ma，冰碛岩下部岩石的年龄为636Ma,而冰碛岩之下地层年龄为654Ma,因此，南坨冰期的年龄可能在654Ma至635Ma之间，而南坨冰碛岩的沉积年龄在636Ma。
长安（江口）冰期的沉积记录在贵州东部、广西北部、湖南西部、湖北南部江西西北部、浙江西部和安徽南部等地都有分布，上述地区新元古代中晚期在古地理位置上属于海水相对较深的斜坡和盆地区域。到目前为止，从长安冰碛沉积物中发现的古生物化石非常少。长安冰期的起始年龄晚于725Ma,而其结束的时间早于670Ma。
1.4 “雪球地球”的检验
J．L．Kirschvink认为“雪球地球”假说有待地质事实的检验, 归纳起来有三个方面: 1) 新元古代各地出现的冰成沉积岩至少是同时形成的; 2) 广泛分布的记录了气候波动( 从冰室转变为温室) 的地层岩性应该相同, 反映了全球范围的气候变化; 3) 严酷的冰冻切断了全球大气与海洋的交换, 海水会滞流、缺 氧, Fe2+ 富集于深部海水; 一旦冰期结束, Fe2+ 便随上升洋流进入表层水, 氧化而生成BIF 铁矿。P.F.Hoffman 等人认为这正是“雪球地球”假说的优势, 它能够圆满解释新元古代冰期及其之后特有的地质现象。
(1) 碳同位素: 新元古代冰期地层, 由于缺乏放射性同位素定年和生物地层学条件, 而只能以碳同位素地层学为主要手段作对比, 确定它们的同时性。海相碳酸盐岩和盆地埋藏的有机碳的碳同位素组成是地质历史上碳生物地球化学循环的记录,其长期的C 值变化可以进行全球对比。如碳酸盐岩的C 值受成岩作用的影响有限, 基本保持了沉积时海水的同位素记录。
新元古代晚期海相碳酸盐岩的C 值变化超过10?, 明显地大于地质历史上其它( 如显生宙或晚新元古代之前) 时期的变化幅度。?C 值的最大变化出现于新元古代的冰川沉积, 表现为冰期前富13C( 碳酸盐的C 值高于5?) 和冰期后的贫13C( 碳酸盐的C 值低于0?)。帽碳酸盐岩普遍贫13C, 其C 值接近地幔的- 61?。冰期前后出现了10? ~ 15?的碳同位素负漂移。新元古代晚期冰期事件的碳同位素记录在各大陆( 非洲、澳大利亚、亚洲、北美洲等) 都可以见到, 其显著的负漂移不仅可以作为全球地层对比的基础, 也表明冰川事件的同时性。
P.F.Hoffman把冰期前高于5?的碳酸盐岩的碳同位素记录归因于赤道附近的Rodinia 超大陆的裂解: 裂解大大提高了生物初级产率, 而冰期生物产率几