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听说过地球上有连泻百万年的洪荒大雨吗?

2022-5-31 08:07| 发布者: Mary| 查看: 760| 评论: 0

摘要: 小科普:随我看地球-XIX(上集)听说过地球上有连泻百万年的洪荒大雨吗?听过地球上曾经有过连泻200万年的洪荒大雨吗?连泻200百万年的大雨虽然听起来有些离谱,有些夸张,但却也八九不离十。 三叠纪晚期是一个全球性 ...
Jenny Ting
小科普:随我看地球-XIX(上集)

听说过地球上有连泻百万年的洪荒大雨吗?
 

听过地球上曾经有过连泻200万年的洪荒大雨吗?连泻200百万年的大雨虽然听起来有些离谱,有些夸张,但却也八九不离十。 三叠纪晚期是一个全球性干旱期和半干旱期,可是在卡尼期(Carnian Stage)却夹杂着一个大雨连绵,雷电交加,遮天蔽日,碧波滔天,一片汪洋的“短暂”期,其规模之大,函盖全球,较”浩浩汤汤,横无际涯”有过之而无不及。这次洪荒大雨导致大量碳排放和全球气候变暖,地质学上称之为“卡尼期雨洪事件(Carnian Pluvial Event,简称CPE)”,中文习惯上把它译为卡尼期”洪积事件“。本人觉得由于”洪积”一词容易和洪积物,洪积层等词混淆, 所以本文沿用新近提出的”雨洪”一词,以表区别。精确地说,雨洪事件发生的时间是距今2.34-2.32亿年期间,正好历时200百万年(见下图)。 中国古代有个传说:”天地玄黄,宇宙洪荒”,说的是天地初开之时,曾经有过一次大洪水,几乎毁灭了整个世界。过去我一直认为”宇宙洪荒”是指人类史中距今6000年前的一次大海侵。现在看来恐怕指的就是这次卡尼期暴雨事件也未必可知。我们的炎黄祖宗似乎早就知道地球上有过这么一个事件。对于老祖宗的智慧我们无论作何遐想都不为过!

中生代三叠纪晚期时代表。图源/Credit: Wikipedia。
 
其实,早在1973年斯克拉格(Schlager)和斯高勃格(Schollnberger)在研究阿尔卑斯山三叠纪卡尼期页岩时已经发现了这个潮湿雨季现象,不过当时称之为”三叠纪洳湿间奏曲(Triassic Wet Intermezzo)”,或叫”Reingraben事件”,也有叫卡尼期雨季,卡尼期危机。直到2000年,西姆斯(M.Simms)和拉菲尔(A.Ruffell)才将三叠纪晚期的洳湿现象确定为雨季,并正式冠名为“卡尼期雨洪事件(Carnian Pluvial Event)”。卡尼期雨洪事件在南、北半球有广泛分布,但核心地区有:意大利和奥地利的阿尔卑斯山,德国,北海盆地和英格兰南部。
 
造成卡尼期雨洪事件可能的原因
在三叠纪时,地球上只有一个大陆,叫泛大陆(Pangea), 只有一个大洋, 叫泛大洋(Panthalassa)(如下图),和今天的海陆分布格局完全不同。泛大陆在大约3.35亿年前形成,并在2亿年前,亦即三叠纪末期开始分裂。这种海陆分布格局对当时的古地理、古气候和生物演化带来的连带效应也一定会比今天的更直接、更明显。

三叠纪时期(230Ma)的海陆分布,泛大陆(Pangea), 泛大洋(Panthalassa) 和特提斯海(Tethys Ocean)。兰格利亚(Wrangellia)火山区。图源/Credit: inf.news,本文有修改。
 
目前地质学界普遍公认,兰格利亚(Wrangellia,位于今加拿大西部)火山爆发是卡尼期雨洪事件的主要导火索。兰格利亚火山爆发于2.34亿年前,爆发产生了大量的二氧化碳(CO2)和气溶胶(Aerosol)进入大气,导致全球气候变暖,促使大气和大洋水循环加速,促进降雨量激增。这场火山不仅超级强力,而且持续时间特长,竟然连续喷发500多万年。支持这个观点的主要因素是二氧化碳含量确实在这个时段显著增加。和碳同位素一样, 187锇/188锇(Osmium)同位素比值下降也支持卡尼期气候扰动与兰格利亚大型火成岩群(Large Igneous Province, 简称LIP)之间有着密切的联系。188锇直接来自于地幔,而187锇是一种来自于地壳风化侵蚀的稳定同位素,这个比值说明火山规模大于风化侵蚀速度。另外,兰格利亚的大型火成岩区的年龄也和卡尼期极其相近,说明两者之间确实存在着某种密切的因果关系。
 
另一种假设认为,卡尼雨洪期是一种区域性气候扰动,主要发生在特提斯海西部,与辛梅利亚造山带(Cimmerian Orogeny)的隆起有关(见上图)。辛梅利亚山脉在劳亚大陆的南侧形成,关闭了特提斯以东的北部大洋支流,就像今天的喜马拉雅山脉一样,在海洋和大陆之间形成强大的压力梯度,从而产生了季风。因此,夏季季风被辛梅利亚山脉拦截并产生强降雨,从而解释了为什么特提斯西部沉积物会向潮湿气候转变。
 
卡尼雨洪期的沉积和地球化学特征
卡尼期重大的气候变化反映在卡尼期存在着明显的沉积特征,化学同位素异常及独特的琥珀遗留物。
 
1,沉积物特征: 在全球的卡尼期地层中发现陆地上泛大陆的总体气候从主要的干旱条件转变为更加潮湿和炎热的气候,降雨量充沛,干旱间隔相对较少。在海洋中,碳酸盐矿物的沉积减少。下图是英格兰南部典型的卡尼期雨洪事件的典型剖面之一。浅灰色的沉积层代表潮湿的(Humid)卡尼期沉积,而红色的代表干旱期(Arid)沉积物。上覆浅灰色/深色的岩石代表缺氧的还原环境和湿润的雨季气候,而下伏的红色岩石则代表干旱的氧化环境。

英格兰西南部的Arden 砂岩/Dunscombe泥岩地层。 将灰色/绿色Arden/Dunscombe(同义词:North Curry Sandstone)切割成红色/棕色Sidmouth泥岩。图源/Credit:A. Ruffell et al., Triassic extinctions and explosions. Geoscientist 28 (8), 10-15 (2018)。
 
2, 陆地和海洋沉积物的化学特征: 卡尼期重大的气候变化反映在卡尼期海洋系统中的碳同位素异常。在此事件的沉积物中,有机质中的δ13C(碳十三稳定同位素)开始急剧负移(Negative Shift)。在陆地和海洋化石中发也发现了大约-4‰的碳十三同位素负移,总有机碳也有-2‰的变化。究其原因,碳同位素的负移在地质界普遍认为主要归咎于大量的淡水注入陆地和海洋。最近在高等植物的正构烷烃(Normal Alkane 或称n-Alkane)中也发现了显著的δ13C负移,这也表明在雨洪期底部的大气-海洋系统中注入了大量的二氧化碳。大气中的二氧化碳增加会导致全球变暖和随之而来的洋流循环加速,从而也强烈增强大陆风化作用。此外,如果速度足够快,二氧化碳分压(pCO2)水平会突然上升导致海水酸化,从而进一步导致大洋中碳酸盐补偿深度(CCD)变浅和碳酸盐沉淀的危机,比如,特提斯海西部碳酸盐沉积平台的消失和大洋酸化有关。

卡尼雨洪期的碳循环扰动(Carbon cycle perturbation)和全球琥珀(Amber)地质历史中首次出现的地层层位。黄色水滴代表琥珀出现的层位。 绿色柱代表卡尼雨洪期,粉红色柱代表兰格利亚火山活动期。左边的绿色, 红色和蓝色曲线分别代表意大利,奥地利和匈牙利不同岩石中的总有机碳(δ13CTOC)分布,右边的蓝色曲线代表正构烷烃碳十三同位素(δ13Cn-alkane)分布。 所有的碳同位素曲线在卡尼期有明显的负偏移。图源/Credit: Leyla J. Seyfullah et al., Journal of the Geological Society, 175, 1012-1018, 12 June 2018。
 
3, 琥珀的爆发:地球历史上的第一次“琥珀爆发”与卡尼期雨洪事件是同时出现的。卡尼期琥珀在世界许多地方都有发现,最著名的是来自意大利北部多洛米蒂山脉的Tofane群地层中的琥珀。Tofane地层中发现了大量的由针叶树分泌出来的琥珀滴(见下图),并有重要的生物包裹其中。哥廷根大学的斯格米特(A.Schmidt)等人(Arthropods in Amber from the Triassic Period, Proceedings in the National Academy of Sciences, Aug. 2012)对琥珀碎片进行的显微镜研究,观察到了丰富多样的卡尼期植物遗骸、细菌、真菌、藻类和最古老的节肢动物(螨)。

产自意大利东北部Cortina的Heiligkreuz组的三叠纪卡尼期的琥珀,以及相关的植物和昆虫遗骸。图源/Credit: researchgate.net。
 
雷拉•赛富拉(Leyla Seyfullah)等人(Production and preservation of resins - past and present, Biological Reviews, 93(3), May 2018)最近总结了对现代和过去植物树脂的研究表明,昆虫侵扰、生态灾难(如飓风或火山爆发)、火灾和其他压力源可以引发植物树脂产量的显著增加。卡尼雨洪期的全球琥珀产量的增加和频繁出现,和当时的多雨高湿高温、野火活动以及二氧化硫(SO2)等火山气体的异常增加导致全球植物群受到巨大压力有关。在长期的雨淋中,植物(尤其针叶/松柏杉科植物)会被强迫吸收大量的水分。为了生存,植物必须把多余的水分以树脂的形式分泌出体表。这些树脂就是琥珀的主要来源或唯一来源。树脂滴落掩埋在地下千万年,甚至上亿年,在压力和热力的作用下硬化,形成琥珀,或称“松脂化石”。
 

 
作者简介:
章纪君博士,1982年12月赴美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特地质研究所(Lamont-Doherty Geological Observatory)研究海洋浮游有孔虫;1984年赴美国田纳西州Vanderbilt 大学学习海洋钙质超微浮游生物; 自1987年至2013年在美国自然历史博物馆微体古生物出版社和拉蒙特地质研究所从事特殊出版物编辑,海洋古生物及生物地层学和天外物质的研究。1991年进入加拿大哈里法克斯的达尔豪斯(Dalhousie)大学深造,1996年取得博士学位。在学期间获奖情况:1996-1999年:美国弗罗里达大学美国国家科学基金会 (NSF) 的博士后资助。1993-1996年连续四年获达尔豪斯大学研究生 Izaak Walton Killam 纪念奖学金。1994年获美国地质学会 (GSA) 学生研究奖。1993年获美国全球一年一度一人的Cushman 基金会学生奖。1991-1993年连续二次获达尔豪斯大学研究生奖学金。1991-1996仼达尔豪斯大学助教。
 
1997年在法国Anger大学地质系做访问教授。2000年后在利比亚-美国合营公司-”绿州石油公司”任实验室主任,从事古生物,地层和古盆地重建工作, 同时担任石油公司的地质,古生物学的教育培训工作。
 
出版物二部书,中文版一部由”海洋出版社”出版, 合著1988, 438pp; 另一部英文版由Springer-Verlag 出版社出版, 合著, 1985, 370pp. 1985-1986期间曾参与中国的“辞海”汇编。
 
在”海洋出版社”1988年专著一书中,命名了16个第四纪底栖有孔虫新物种. 另外在美国 ”Micropaleontology”1995年一文中,命名了一个渐新世(Oligocene)的浮游有孔虫一个新属(Protentelloides) 和二个新种(Protentelloides primitiva 和Protentelloides dalhousiei).
 
出版文章20余篇,发表于各种科学杂志上, 如Palaios,Deep Sea Research, Marine Micropaleontology, Micropaleontology, Paleoceanography, Geology, Oceanography Acta Sinica等.为绿洲石油公司撰写内部专业报告20余篇.

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