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南京科学家为晚三叠世国际年代标准提供“中国证据”

2017-09-05 08:30 | 现代快报网 | 手机看国搜 | 打印 | 收藏 |评论 | 扫描到手机
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核心提示:该研究是首次建立须家河组长达六百万年的天文—古地磁年代标尺,将须家河组的年龄确定在诺利期末期到三叠—侏罗纪之交,即距今2.013亿到2.072亿年。通过分析北美的年代标准,实现了华南四川盆地与北美纽瓦克盆地的高精度国际地层对比。"

现代快报讯(见习记者 韩雨霁 记者 胡玉梅)在距今2.5亿至2亿年前的三叠纪最早期和三叠纪末期,地球上经历了两次"生物大灭绝"事件;在距今2.013亿至2.072亿年的600万年中,我国华南地区从一片汪洋中"抽身",隆起为陆地,从此开始了陆地生态系统的演化过程……

9月4日,一个由中美科学家组成的科研团队通过多学科交叉的手段,公布了一项关于"中国华南三叠纪晚期国际地质年代学研究领域"的最新研究成果。这项成果由中国地质大学黄春菊教授和中国科学院南京地质古生物研究所王永栋研究员共同领衔完成,他们的研究成果首次为晚三叠世国际年代标准的最终建立,提供了来自中国的关键证据。

△王永栋讲解化石

2.3亿年前,华南地区"沧海"变"桑田"

在地球漫长的演变过程中,有一个著名的地质时期:三叠纪。三叠纪距今约2.5亿至2.0亿年左右,在这5000万年中,又划分为早三叠世、中三叠世、晚三叠世3个大幕。

在三叠纪的这3个大幕中,晚三叠世初期发生了一件轰动的大事件:我国华南不再是一片汪洋,古特提斯洋开始消退,陆地开始隆起。"简单的来说,就是从2.3亿年左右开始,沧海变桑田了。"王永栋告诉现代快报记者,2.3亿年之前的中国华南地区,都是汪洋大海,直到特提斯洋退出后,整个变成了陆地,从此开始了陆地板块的演化历史。

那么,晚三叠世距今多少年?在这么重要的历史事件中,当时的生物都经历了什么?能不能通过化石,来还原、并精确卡住发生的时间?

三叠纪时期是由最惨烈的二叠纪末生物大灭绝开始到三叠纪末大灭绝终。这两次大灭绝是显生宙五次生物大灭绝中的其中两个。 三叠纪显著的事件,是中生代地球的霸主——恐龙的出现,在三叠纪末期恐龙初步繁盛,中国最早的恐龙记录——恐龙脚印化石就在这个研究的材料里被报道。

"地球自转和公转的天文轨道及地球磁场的周期性变化,为地层的定年和全球对比提供了可能和依据。长期以来,国际上晚三叠世的地质年代标准依赖于北美地区纽瓦克超群的天文旋回和古地磁极性年表,而这一北美标准,近年来不断受到挑战和质疑 …… 因此,科学界迫切需要来自全球不同地区的研究检验晚三叠世北美标准的适用性。"黄春菊说。

△荷叶蕨化石

四川盆地,找到了地质年代"钥匙"

"时间掐不准,就有很多东西没有办法研究。比如说植物群的演化、动物的演化,乃至地层的划分和对比,无法与国际上进行精确的比较,这是地质学家十分关注的事情。"王永栋说。

于是黄春菊和王永栋的团队开始筹备起了他们的研究、探索之路。首先是研究对象的确立。四川盆地晚三叠世有段地层叫须家河组。那段地层在四川盆地保存得非常好,"须家河组是典型的陆相沉积,它的地层连续,古生物化石丰富,是十分理想的研究剖面。更重要的是,它是我国华南地区十分重要的煤炭和油气储层之一。我们把年代标得更加精确,对后续的科学研究和能源勘探,准确度就会越来越高。"王永栋说,因此,最后他们把研究地点选在了那里。

确定了研究对象,接着就是研究方法的选择。由于中国广泛发育陆相沉积,即在陆地地区形成的岩石记录。比如新疆准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、云南等地区……一般对于这种沉积方式,想要划分和确定地层岩石的形成时间节点,可以通过检测岩层中火山灰的方式去测它的精确年龄。但是问题在于,很多地方没有火山灰,或者像整个的四川盆地很稳定,在三叠纪时期就没有火山爆发的证据,所以只能继续寻找其它证据。

最终,研究队伍选择了天文年代学和磁性年代学的方法。地球在自转以及围绕着太阳公转的过程中,受到了太阳及其他行星对其万有引力的影响,造成了地球运动轨道的周期性变化,这导致了地表接受的日照量也呈周期性的变化,进而引起了地球气候系统的周期性变化,这些变化的信息就被记录在地层中。另外,地球磁场在地球历史上多次全球同步倒转,在沉积岩石上就留下了地球磁场变化的"磁带"记录。我们解读这些"磁带",就可以从全球的沉积物中解读出时间。这两种方法的结合可以提供更有说服力的研究证据。这两种方法的结合可以提供更有说服力的研究证据。该项成果的第一作者李明松指出,"把这个印记找出来,通过国际地层年代表的地磁极性变化,就可以很准确的判断出时间节点,而这些印记就藏在距今亿万年的岩石地层中。"

△王永栋说,平时他们都这么看化石

"卡"住晚三叠世时间

"由于是团队成员的多学科交叉一起做的工作,所以我们一起合作,在野外考察现场,一起逐层获取各类地质样品。"王永栋说,比如岩石样、地球化石样、古生物化石和孢粉样品等,都会同时获取。

大量岩石样品采集后,我们进行实验室的分析和研究。我们对于岩石样品分别获取伽马射线和磁化率数据,并进行进一步的校正和分析、比对。另外,还需要把各类化石采集出来进行深入研究,比如须家河组的一些裸子植物(苏铁类和银杏类等化石就可以分析出叶片的表皮细胞。" 通过表皮细胞上气孔密度的计算分析就能推算出两亿多年前的古大气二氧化碳浓度是多少。"王永栋说,同时在须家河组中发现了双扇蕨科的植物叶片化石,可以知道当时是温暖湿润的古气候,而一种被称之为"异木"的松柏类木化石则是气候变冷的标志,同时透过它的年轮就能看出气候的季节性变化。这些具体信息的补充与整合,让晚三叠世这把"尺子"的刻度越来越清晰。

最终,晚三叠世须家河组的时间标尺被精准"卡"定,该研究是首次建立须家河组长达六百万年的天文—古地磁年代标尺,将须家河组的年龄确定在诺利期末期到三叠—侏罗纪之交,即距今2.013亿到2.072亿年。通过分析北美的年代标准,实现了华南四川盆地与北美纽瓦克盆地的高精度国际地层对比。"

这一成果大大提高了四川盆地须家河组地质时代认识的精度,为陆相三叠纪地层年代学的研究提供了高分辨率年代标尺。" 它有助于解决北美纽瓦克盆地磁性地层标准的完整性和可靠性的争议,为晚三叠世国际年代标准的最终建立首次提供了来自中国的关键证据;并对深入开展三叠—侏罗纪之交生物多样性变化和大灭绝事件、全球古气候波动以及陆地生态系统环境变化等研究具有十分重要的科学意义。" 王永栋表示。9月4日,正在南京访问的美国科学院院士、三叠纪年代学国际权威、哥伦比亚大学Paul Olsen(保罗 · 奥尔森)教授对王永栋等领衔完成的该项最新成果给予高度评价,他指出,"这的确是来自中国的非常精彩的研究成果,其最重要科学意义在于,证明了北美纽瓦克盆地有关晚三叠世天文年代学的结果是正确的,来自中国的这一重要研究成果完全支持这一点。我们可以肯定地说,四川盆地须家河组岩石的旋回记录几乎完美地反映了远古时期的气候变化特征。另外,我们能从这项研究中揭示出当时这些旋回完全受行星运动参数的控制,我们将会真正(有机会)解读现在太阳系内部在三叠纪时期是如何运行和变化的。因此,这是一项非常非常重要的研究成果。"

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