封面说明

<正>自Sepkoski提出奥陶纪辐射(Ordovician radiation)假说以来国际相关专家相继对此进行了针对性的研究.其目的在于继续综合研究寒武纪大爆发到奥陶纪多样性辐射事件之间的古生物事件.近年来中国学者也聚焦华南,对奥陶纪大辐射进行了多门类、多学科的深入研究.三叶虫的辐射是奥陶纪生物     

加强海洋生物碳泵地质演化的研究

<正>海洋生物碳泵的地质演化是一个涉及地球系统各圈层相互作用的前沿科学难题,被列入了国家自然科学基金委员会和中国科学院联合资助的地球系统科学发展战略研究报告.如果说现代海洋生物碳泵的研究目的在于查明海洋储碳的途径和机制并服务于碳中和等目标的话,那么古海洋生物碳泵则更多地记录了它与一些重大地质事件的关系,包括古气候的冷暖变化、海洋缺氧事件、生物大灭绝事件等涉及地球整个表层系统乃至地球深部过程的一些重要环节.     

冰期快速形成导致奥陶纪末生物大灭绝

<正>在显生宙以来,地球上发生了5次生物大灭绝事件.其中,奥陶纪末生物大灭绝(theendOrdovicianmassextinction,EOME)是第一次全球生物大灭绝,其生态系统遭受的破坏程度排在5次生物大灭绝事件的第二位[1～3].绝大多数生物大灭绝事件都与大火成岩省在时间上密切相关[4],但是奥陶纪末生物大灭绝的原因至今仍存在争论.在奥陶纪-志留纪界线,曾经发生过一次大规模冰川事件.一些学者认为冰川导致的剧烈气候变迁是造成这次生物大灭绝的关键[5].     

什么引起五次生物大灭绝?

尽管多数生物学家认为当今地球正处于一次前所未有的生物大灭绝之中,然而由于人类拥有的直接观察记录非常短暂,难于正确判断当今地球将来的发展趋势和潜在的危机.地质历史时期曾经发生了五次重大生物灭绝事件,这些事件造成当时海洋中至少75%的物种在短时间内灭绝,陆地生态系统形成以后,也同样遭到重创.这些生物大灭绝事件发生的原因成为评估当今地球生态系统危机的重要依据.根据对5亿多年以来发生的五次生物大灭绝(分别发生在奥陶纪末、泥盆纪晚期F/F、二叠纪末、三叠纪末和白垩纪末)生物的种类、灭绝模式以及环境背景分析表明,地球上显生宙以来还没有发生过造成整个地球生物圈彻底毁灭的灾变事件,地质历史时期发生的五次生物大灭绝均伴随有剧烈的环境变化,大气CO_2、温度(包括冰室效应和温室效应)、海洋酸化、海平面变化和海水缺氧等全球性的气候、环境剧变是造成生物大灭绝的主要原因.导致这种环境灾变最为常见的触发机制是超大规模的火山活动,火山活动不但喷出大量CO_2等温室气体,同时可以触发大量蕴藏在内陆盆地和大陆架上的甲烷气体等快速释放.地外体撞击、超新星爆发、太阳耀斑爆发等事件可能会瞬间毁灭地球,但并不是地质历史时期已经发生的生物大灭绝的主因.     

甲烷渗漏构造、水合物分解释放与新元古代冰后期盖帽碳酸盐岩

甲烷水合物是地球沉积圈最大的可交换碳储库, 在全球变暖和海平面变化期将大规模分解释放, 对全球气候和环境产生重大影响. 新元古代极端寒冷的冰期之末可能发生了地史上最大的甲烷水合物分解释放事件. Marinoan冰后期(约635 Ma)盖帽碳酸盐岩中广布的甲烷渗漏构造、特殊的同位素标识、低硫酸盐浓度、海相重晶石沉积以及短暂而显著的碳同位素负漂(δ ¹³C≤&#8722;5‰)提供了新元古代晚期冰川消融和海进过程中甲烷释放的有力证据. 甲烷释放可能导致了全球变暖, 促进了全球冰川迅速融化; 而甲烷氧化导致的海洋缺氧和大气含氧量波动可能是新元古代末后生动物演化的重要环境驱动因素. 该事件有待进一步研究的问题包括: 甲烷水合物分解释放的诱发因素、甲烷最初释放与海洋缺氧事件发生的时间及其与生物演化之间的关系、反映甲烷氧化的地球化学信号、盖帽碳酸盐岩的区域和全球等时性等. 华南陡山沱组底部的盖帽碳酸盐岩提供了研究这些问题的良好实例.     

五次物种大灭绝事件

科学家普遍认为,在地球生命演化史中,像二叠纪生物大灭绝这样的事件一共发生过五次. 奥陶纪-志留纪之交的生物大灭绝 在距今大约4.4亿年的奥陶纪末期,发生了地球史上第三大的物种灭绝事件.古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的.在大约4.4亿年前,现在的撒哈拉所在的陆地位于南极,当陆地汇集在极点附近时,容易造成厚厚的积冰,奥陶纪正是这种情形.     

早古生代海洋缺氧事件的地质记录与背景机制

早古生代大气氧气含量呈现阶段性上升趋势,在志留纪达到并维持在现代水平(21%),但此期间海洋发生多期次的缺氧事件.尽管这些缺氧事件在规模上无法与中生代的大洋缺氧事件相比,但作为地球系统变化中重要的一环,却对早期海洋生态系统的演化具有重要意义.海洋系统变化研究表明,缺氧事件在形成过程中主要受控于海洋水体循环、营养盐供应、地理地貌条件、气候与海平面变化等因素.不同于中生代的大洋缺氧事件,早古生代海洋生物泵效率增强时,同时还面临大气氧气含量上限变化的影响.衍生于现代缺氧沉积盆地和前寒武纪缺氧海洋模型的水体化学分层理念,对早古生代海洋缺氧事件同样适用.地质记录表明,早寒武世-晚志留世,海洋先后发生8次不同规模的缺氧事件,均可与全球识别的碳同位素漂移对比,并且常常伴随着不同规模的生物灭绝事件.因此,重建缺氧海水的分布范围及氧化还原结构,对研究早古生代海洋生态环境变化具有重要意义.同时,这些事件在纵向上表现出缺氧海底面积占比逐渐缩小的趋势,与同期大气氧气含量的长期爬升、二氧化碳含量的持续降低相吻合.海洋缺氧事件、生物灭绝事件及同期其他构造-气候变化等地质事件,共同构成早古生代地球系统变化的缩影,同...     

奥陶纪生物大辐射

自从38亿年以前地球上首次出现最原始的生命以来,经过数十亿年的漫长演化终于呈现出今天我们所见到的纷繁复杂的地球生命系统.研究表明,其演化过程并非匀速,而是时而加速(大辐射),时而减速甚至停滞,有时还遭受重大挫折(大灭绝)!正是这些大大小小、性质各异的宏演化事件,使得地球生命系统的演化酷似一部华丽的、抑扬顿挫的交响乐,而且至今仍在奏响,生生不息.     

穿行在时空边缘——东亚晚新生代哺乳动物形态功能演化与生态环境互动

正哺乳动物大规模适应辐射并占领地球陆地生态系统的主要空间,构成了新生代以来最重要的生物演化事件.哺乳动物演化事件序列促使哺乳动物自身面貌由古老向现代类群转变,同时也为新生代地质环境演变提供了完整的相对时间框架.在这一过程中,晚新生代是哺乳动物演化和发展的关键时期[1].晚新生代全球气候强烈波动,大趋势由暖湿转向干冷[2],也带动了人类崛起的宏大事件.研究晚新生代哺乳动物与环境的协同演化,对于探求全球气候变暖下人类的控制和应对策略,以及人类宜居环境构建等重大研究计划具有非常重要的指示性意义.     

追踪边缘海的生命史:“南海深部计划”的科学目标

国家自然科学基金重大研究计划"南海深部过程演变"简称"南海深部计划",于2011年年初启动,是我国海洋科学第一个大规模的基础研究项目.它以"构建边缘海的生命史"为主题,从现代过程和地质记录入手,解剖一个边缘海的发育史,从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程3方面开展研究.在海盆演化方面,要利用现代技术重新测定南海磁异常条带,探测深部结构,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;在深海沉积方面,要观测现代深部海流和海底沉积过程,实现深海过程研究的古今衔接,从深海沉积中提取边缘海古海洋学演变的信息;在生物地球化学方面,采用包括深潜探测在内的各种手段,认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用.与开放大洋和其他边缘海相比,南海具有研究海盆生命史的一系列优势;同时,南海的研究还将为理解亚洲和太平洋相互作用的变化提供无可替代的重要信息.     

中国奥陶纪生物礁的类型和造礁生物群的演替

低纬度的华南、塔里木、华北三大陆表海的大部分区域在奥陶纪长期维持海水覆盖状态,在远岸区形成了大规模碳酸盐岩台地和不同时空背景下的各类生物礁.古生代动物群辐射演化背景下,重要造礁生物门类的起源和在特定海区繁盛的时差是决定礁群落基本生态结构的历史因素,早奥陶世早期的藻礁、早奥陶世晚期至中奥陶世早期的Calathium-硬海绵-藻礁、苔藓虫礁、晚奥陶世早期的珊瑚-层孔虫-藻礁可诠释为幕式群落演替,这或许是古生代演化动物群起源及早期演化并逐渐取代寒武纪演化动物群的几个阶段,特别是后者(珊瑚-层孔虫-藻礁)代表了古生代演化动物群中典型格架礁群落,奠定了之后近100Ma动物格架礁最常见的生态组合方式,呈现出礁群落结构由简单到复杂的宏演化脉络.中国的实例基本吻合于全球奥陶纪生物礁宏演化趋势,特殊之处表现为:(1)湘西张家界特马豆克早期南津关组和塔里木巴楚达瑞威尔期一间房组的Calathium-藻礁分别定位成此类生物礁的先驱和孑遗;(2)中扬子区特马豆克晚期分乡组苔藓虫礁为当时独有的类型;(3)早期的珊瑚-层孔虫-藻礁分布特别局限;(4)奥陶纪末冈瓦纳冰川初期扬子区西缘的藻礁是极端环境造礁的实例.     

二叠纪物种大灭绝之谜

发生在距今4.43亿年前的奥陶纪末期物种大灭绝事件使大多数海洋动物灭绝,包括许多腕足动物和牙形石动物,三叶虫的数量也大为减少。其实,像奥陶纪末期这样的物种大灭绝事件在地球上曾经发生过多次,而其中最为严重的是发生在二叠纪末期的物种大灭绝事件。那么,当时到底发生了什么可怕的事情,使这个蓝色星球上的大部分物种突然消失呢?     

白垩纪大洋缺氧事件OAE2期间碳循环扰动的过程与机制

白垩纪大洋缺氧事件OAE2是一次全球性古环境突变事件,也是迄今研究程度最高的中生代古海洋事件之一.同时,由于它形成于全球极热气候时期,分析OAE2期间环境演化与形成机制对于研究极端温室气候条件下地球系统的演化过程具有重要意义.近年来,古气候和古海洋领域学者应用全球性古环境指标,对OAE2开展了精细研究,在其触发机制和地球系统反馈过程方面取得了诸多新认识.本文综述了这些方面的研究成果,从海水碳同位素(δ¹³C)演化的角度分析了OAE2期间全球碳循环扰动过程及其控制因素.我们认为,大火成岩省岩浆作用是OAE2碳循环扰动的触发因素,海洋生产力提升和缺氧条件导致大规模有机质埋藏是OAE2期间海水δ¹³C总体呈正偏的直接原因.古环境参数,如大陆风化强度、古温度、CO₂浓度、海洋生产力和海水氧化还原条件之间的相互影响,对OAE2期间次级δ¹³C波动具有重要控制作用.本文分析了OAE2期间δ¹³C演化在不同阶段主控因素的显著差异,并建立了全球环境演化及其对碳循环影响的模型.     

晚古生代大冰期碳-水循环回顾与展望

晚古生代大冰期(360～260 Ma)是地球上自动植物繁盛以来持续时间最长的冰期事件,记录了陆地自有高等植被和复杂陆地生态系统以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变.针对晚古生代大冰期的研究大多聚焦于全球碳循环以及冰川性海平面变化等方面,对大冰期的水循环研究相对较少,并且其主要基于气候模拟研究结果.随着单颗粒锆石精确测年技术的应用,高精度的综合地层框架使得冈瓦纳中高纬度地区冰川消长与低纬度地区沉积记录、生物多样性与演化及各种全球地球化学记录建立时序关系,为研究地球循环系统和反馈机制提供了基础条件.目前,对晚古生代大冰期碳同位素变化趋势已有较好认识,存在3次显著的碳同位素正漂事件,依次为杜内中期、巴什基尔早期和阿瑟尔早期,并且在时间上与冈瓦纳大陆识别的3次冰川高峰吻合.在宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫末期发生了一次短暂的碳同位素负漂事件,引起显著的全球变暖和海洋缺氧.冰川体积与古热带区域气候动态在天文轨道周期尺度至1～8个百万年的冰期-间冰期时间尺度上都具有耦合关系.在各种时间尺度上,晚古生代大冰期地球表层系统各个圈层之间的反馈过程都非常复杂.因此,今后需在高精度综合地层框架下,开展...     

沉积岩汞同位素的古环境指示意义

环境与生命的协同演化是地球科学的核心问题之一,而古环境的精确重建对于认识生命演化规律、机制以及预测地球宜居性的未来发展方向具有至关重要的意义.近年来,沉积岩中的汞及其同位素组成在重建地球古环境演化方面展现出巨大的潜力,获得了广泛的关注和应用,已发展成一个新的研究方向.其主要原因是汞及其同位素组成在记录古代火山活动和海洋氧化还原状态方面具有不可替代的优势,能为研究上述过程与重大环境和生命演化事件的关系提供新的证据.本文系统分析了古代沉积岩的汞同位素数据及其意义,总结了大型火山活动和海洋氧化还原状态改变引起汞同位素变化的特征与机制,深入探讨了火山类型及释放汞的方式、大气和海洋汞循环过程、沉积环境、岩性、成岩作用、汞赋存形态等因素对沉积岩汞同位素组成的影响,并对该领域当前存在的问题和发展前景作出了评述和展望.总体而言,这一研究领域仍处于起步阶段,对古环境演化事件中汞同位素组成的变化规律和分馏机理还缺乏系统和定量的认识,亟须深入研究.未来需要揭示古环境汞循环过程中的同位素分馏机理,进一步明确汞同位素指示古环境演化的原理和影响因素,拓展其在环境和生命协同演化领域的应用.     

东特提斯洋晚中生代—古近纪重大事件研究进展

东特提斯域西藏南部地区发育晚中生代至古近纪的连续海相地层序列,是研究东特提斯演化、印度-亚洲大陆碰撞以及众多的古海洋事件理想的研究地区,是了解晚中生代温室地球不可或缺的重要窗口。主要基于中国西藏南部海相沉积的资料,对近年来东特提斯洋古海洋事件(如大洋缺氧事件、大洋红层、古新世—始新世极热事件)和重大地质事件(早白垩世印度北缘火山事件、晚白垩世构造抬升事件、印度-亚洲大陆初始碰撞事件、东特提斯海消亡事件等)的研究进展进行总结。指出今后应加强生物-年代地层、短时期环境-气候变化的研究,加强挖掘东特提斯域地域优势的研究。     

南大西洋深水渐新世初大冰期事件

新生代地球表面从两极无冰的“温室地球”变为现今两极终年有冰的“冰室地球”, 最重大的降温事件是发生在距今约33.7 Ma始新世/渐新世界线附近的渐新世初大冰期事件(EOGM). 南大西洋深水大洋钻探计划(ODP)第208航次1262站和1265站35~30 Ma期间的浮游和底栖有孔虫氧碳同位素、碳酸钙和粗组分含量, 结合颜色反射率和磁化率的高分辨率记录, 揭示出表层和深水都发生了这一全球降温事件. 分析表明, 氧同位素在渐新世初33.5~33.1 Ma记录的EOGM事件代表了南极东部冰盖的规模, 表示当时世界海水的表层和深部水温大幅度降低. 碳同位素δ ¹³C在EOGM事件期间发生很大的正偏移, 说明全球碳储库发生重要转型, 可能反映有机碳埋藏速率突然增加或生产力的分布发生时空变化. 同时, 岩性组成、碳酸钙含量、颜色反射率和粗组分在始新世/渐新世界线附近都发生了重要变化, 反映当时碳酸盐补偿深度(CCD)突然快速变深. 由颜色反射率揭示出的碳酸钙含量变化具有100和400 ka的地球轨道偏心率长周期, 进一步显示早渐新世全球气候变化的轨道驱动机制.     

海洋生物碳泵的地质演化:微生物的碳汇作用

包括生物泵(biological pump, BP)和微型生物碳泵(microbial carbon pump, MCP)在内的海洋生物碳泵,是海洋生态系统通过碳循环调节地球环境变化的关键途径之一,对宜居地球起到增氧、减碳和降温等方面的作用.总体上,人们对地质时期海洋生物碳泵了解得很少,基本是粗线条的框架性认识.生物经历了从原核生物到藻类再到多细胞动物的演化,生态系统也经历了从扁平到立体的大革新.生物圈的这些变化导致海洋生物碳泵出现阶段性的演化.总体缺氧的太古宙海洋主要以单细胞微生物为主,合成有机质的微生物个体很难沉降,但能够在海洋里形成大量的惰性溶解有机碳(recalcitrant dissolved organic carbon, RDOC), MCP的贡献比较大,而BP相对较弱.藻类在元古宙起源而加入了生物碳泵,因细胞变大而增强了BP的作用,但MCP的作用也大,在晚新元古代形成大型溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)库.在整体氧化的显生宙海洋,多细胞动物虽不能固碳但却加强了BP作用.生物的这些演化导致BP的效率不断提高,使得海洋对碳循环的缓冲作...     

从元素起源到智能演化:“地球系统史”讲习班在上海成功举办

正2016年5月23~27日,同济大学海洋地质国家重点实验室和IODP中国办公室联合举办为期5天的"地球系统史"讲习班.由美国罗格斯大学的Paul Falkowski教授主讲,涉及星球形成与元素演化、生命的化学组成和复杂性演化、地球宜居性变化、人类智力演化及其对地球改造能力等内容.来自39个单位(包括香港和海外)的地质、生物、行星等学科领域的150余位研究人员和学生参加了讲习班.     

基于嫦娥四号光谱探测数据发现月球背面幔源物质初步证据

<正>月球是地球之外我们研究得最深刻的星球.与地球一样,月球也可分为月壳、月幔以及月核.与地球不同的是,月球并没有板块运动,其早期演化历史的痕迹依然存在.月球就像化石,我们可以通过对月球的研究一窥地球或其他行星的早期演化历史.与月球早期演化有关的岩浆洋理论推断,随着岩浆的演化,如橄榄石、低钙辉石等较重的镁铁质矿物(富镁和