天文轨道作用力对中奥陶世冰室的控制

【作者】 房强； 吴怀春； 王训练；

【机构】 中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室； 中国地质大学(北京)海洋学院； 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；

【摘要】 奥陶纪生物大辐射（Great Ordovician Biodiversification,GOBE）是显生宙地球海洋生态系统发生的一次重大生物事件,期间海洋生物多样性急速增加并构建了古生代演化动物群的基本框架。在长达数十个百万年的辐射过程中,突然发生的中奥陶世冰室直接导致了一次重要的生物辐射高潮。但是,此次气候突变事件的精确时间和触发因素仍未确定。高精度的年代地层格架是理解重大地质事件的触发机制、演化过程和最终结果的基础。以米兰科维奇旋回为研究对象的旋回地层学可以提供分辨率为2～40万年天文年代标尺,用以精确确定各种地质事件的年代和持续时间。而地球轨道参数百万年级别的振幅变化也可以控制显生宙重大气候、生物事件的起止。本文以磁化率和自然伽马作为古气候替代指标,对塔里木盆地西北部柯坪地区中奥陶统大湾沟剖面盆地相笔石页岩序列和羊吉坎剖面台地相碳酸盐岩序列进行详细的旋回地层学研究,得到的主要结论如下:a.405 kyr长偏心率天文校准证实研究剖面均记录了～100 kyr的短偏心率周期、～31 kyr的斜率周期和～19 kyr的岁差周期。短偏心率和斜率振幅变化的主周期分别为～2.4 Myr和～1.2 Myr,与其在新生代的周期十分相近。b.中奥陶世冰室的开始对应着一次海退事件,其发生于中/晚奥陶世界线之前4.07 Myr。CO₂含量降低为全球进入短暂的冰室提供了先决条件,斜率和短偏心率旋回的低振幅期耦合使全球季节性急剧减小,气候变冷,进而触发了某种阀值使气候进入冰室。这次冰室的开始促使了GOBE的一次辐射高潮和进而导致中达瑞威尔期碳同位素漂移事件（middle Darriwilian isotope carbon excursion,MDICE）的发生。c.中奥陶世冰室持续了～3.44 Myr。在此期间,斜率旋回控制着高纬度地区冰川消长,冰川型海平面变化导致中纬度地区斜率旋回信号十分突出,周期为～1.2 Myr的超长斜率旋回控制着全球海平面三级层序。d.页岩序列中δ13Corg的峰值出现于冰室开始后～1.83 Myr,对应着MDICE的主峰。这证明MDICE过程中有机碳埋藏增加的原因是逐渐增加的海洋生产力,而不是变冷过程。e.中奥陶世冰室的结束对应着三级海平面变化的高水位期,其发生于中/晚奥陶世界线之前～0.63Myr。CO₂含量的迅速增加为全球进入温室提供了先决条件。在短偏心率振幅最强时,偏心率的增大使日-地距离在近日点和远日点时期差距增大导致季节性增强,一系列高振幅岁差旋回控制的极热的事件使得气候跨越阀值,导致中奥陶世冰室的结束,地球进入较为温暖的时期。此后到桑比早期,气候主要受偏心率旋回控制。硅酸盐风化作用和火山作用导致的去气过程之间的关系控制着的CO₂源和汇,进而影响着奥陶纪数十百万年级别的气候变化。但是本文的研究认为,在接近气候转型的临界点时,轨道作用力会最终触发气候跨越阀值并决定着进入新的气候类型的确切时间。更多还原