南京1月22日電 (楊顏慈)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所22日發(fā)布消息，該所博士研究生胡春林在導(dǎo)師朱茂炎研究員的指導(dǎo)下，對貴州和湖南地區(qū)四條剖面中的鐵絲坳/東山峰組進(jìn)行了沉積巖相和相組合分析，并對下伏地層的變形構(gòu)造進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)新元古代“雪球地球”冰蓋動(dòng)態(tài)變化特征。
該研究成果已于近期發(fā)表在國際地學(xué)期刊《古地理，古氣候，古生態(tài)》(Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology)上。此項(xiàng)研究受到中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)(B)的資助。
鐵絲坳-東山峰組的沉積過程模式圖。南古所 供圖科學(xué)界普遍認(rèn)為，成冰紀(jì)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和較晚的馬里諾冰期，在中國分別以長安冰期和南沱冰期稱之。
科研人員解釋稱，“雪球地球”假說認(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，來自火山等的二氧化碳不斷積累，最終超過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)特征長期以來仍存在爭議。
爭議的焦點(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？
為此，南古所有關(guān)科研人員啟動(dòng)了該項(xiàng)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。
小寨(A)和五河(B)剖面的變形構(gòu)造及圖解(C)。南古所 供圖研究發(fā)現(xiàn)，其沉積過程可分為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)過程，第5階段為最終冰消期。亦即是說鐵絲坳/東山峰組沉積記錄了至少兩次冰川進(jìn)退過程，說明該時(shí)期的冰蓋是不穩(wěn)定的。
科研人員介紹，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)的研究來論證。
研究證實(shí)，沉積巖相變化和冰川變形構(gòu)造特征均表明長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。(完)
