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【地學論壇】成理將揭開新疆奧陶紀“紅色海洋”之謎
來源:黨委宣傳部 作者:劉欣春 成都理工大學沉積地質研究院古海洋古氣候古生物研究團隊、曾靈 發布時間:2020-09-13 14:33 瀏覽次數:

編者按:地學的美,在歷經億萬年的層疊地層中,在大自然的鬼斧神工中,在沙土掩埋的內在秘密中,更在科學研究者的學術交融中……在以地球科學學科群為雙一流專業的成理,我們特在新聞網開設“地學科普論壇”,由沉積地質研究院發起,這里是學術問題的交流探索,也是向上攀登的科學精神,更是地學領域的拋磚引玉。歡迎來稿,歡迎探討。





2020年開始,由我校校友王成善院士領導的國際地球科學計劃IGCP 463494項目,把白堊紀大洋紅層作為其主要研究對象和科學目標,并提出由于全球氣候變冷、底層水洋流發育以及大氣氧氣含量的增加,提高大洋底層水溶解氧含量,在有機質生產率一定的條件下,使得底層水氧化能力增強,導致早中白堊世紅色沉積的形成。


何為紅層

紅層即紅色地層,其典型地貌即為丹霞地貌,命名于廣東省丹霞山(圖1),與此類似的還有江西龍虎山、甘肅五彩山以及美國大峽谷等,此類沉積發育于陸地,備受地質學家的關注,是十分重要的古地磁研究材料。那么除了陸相紅色地層以外,海洋里是否同樣存在類似的紅色沉積?


1 廣東丹霞山丹霞地貌


要想解答這個問題,沉積地質研究院古海洋古氣候古生物研究團隊就有必要了解紅色地層中的致色物質,從而確定其沉積所需要的海洋環境。根據紅層的漫反射光譜測試分析,紅色沉積中的致色礦物主要為赤鐵礦,即鐵的氧化物三氧化二鐵,也就是說海洋要想出現類似的紅色沉積,氧氣存在是必不可少的條件。

現代大洋紅色粘土早在19世紀就已被科學家發現, 后來進一步研究表明該紅色粘土在各大洋中有著廣泛的分布, 在大洋沉積物中的比例為:太平洋49 %, 大西洋26 %, 印度洋25 %。根據研究,紅色粘土是由風攜帶而來,堆積在沉積速率低(每千年沉積速率不到1毫米),表層水生產力極低, 海水中的溶解氧含量相對是充足的深海地區,這種環境下來自于陸地的三價鐵氧化物得以保存并致色。


地質歷史時期的海相紅層

那么除了白堊紀大洋紅層存在以外,其他地質歷史時期是否同樣存在類似的紅色沉積,這是地質學家們開始思考的一個問題。

通過更為久遠的文獻收集和其他學者的研究進展,最終發現在其他地質歷史時期同樣存在海洋紅色沉積,并根據其發育的不同環境對紅色地層進行了進一步的類別劃分:(1)大洋紅層,最為典型的就是白堊紀紅層,主要發育于斜坡或者更為深水的環境,其巖性以泥質灰巖、泥巖、硅質泥巖和硅質巖為主;(2)海相紅層,如沉積地質研究院古海洋古氣候古生物研究團隊團隊(成都理工大學沉積地質研究院古海洋古氣候古生物研究團隊)在塔里木盆地發現的晚奧陶世紅層(圖2),主要發育于外陸棚環境,其巖性主要為瘤狀灰巖、泥質灰巖和鈣質泥巖等,沉積深度淺于白堊紀紅層;(3)濱海紅層,如中國科學院南京地質古生物研究所戎嘉余院士發表的華南志留紀紅層,主要發育于濱海環境,其巖性主要為泥巖、中、細粒砂巖等。


2 塔里木盆地晚奧陶世早期海相紅層


塔里木盆地458.5百萬年前的晚奧陶世海相紅層的發現將揭曉

2014年開始,成都理工大學沉積地質研究院古海洋古氣候古生物研究團隊就依托中國自然科學基金項目“塔里木盆地晚奧陶世古海洋碳硫同位素組成及循環動力(項目批準號:41672102)”和塔里木盆地晚奧陶世大洋紅層研究(項目批準號:41702113對塔里木盆地大灣溝剖面(中-晚奧陶世全球界線層型輔助剖面)晚奧陶世古生物及古氣候演化開始了研究,并發表了相關論文。與此同時,該研究團隊在此發現了沉積于458.5個百萬年前的晚奧陶世早期紅層,此類紅層在華南、鄂爾多斯、北歐,俄羅斯及北美等地區均有分布,但關于其成因目前尚不確定,目前團隊對該紅色地層進行的各項研究分析(如漫反射光譜測試、塔里木盆地同時代紅色地層分布、元素地球化學分析及全球同時代紅色地層研究進展等)成果將發表,將對該間冰期發育的紅色地層成因進行解析,加深對現代地球環境的認識和以后的海相紅層研究。

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