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晚中生代温室地球气候-环境演变
(2012CB822000)

 1、项目简介

国家“973计划”项目《晚中生代温室地球气候-环境演变》于2012年启动,由中国地质大学(北京)联合南京大学、中科院南京地质古生物所、中科院广州地球化学所等6所大学、4个研究院所和2家企业单位,共有骨干研究人员29人。

项目以地球系统科学为指导思想,按照“从记录到重建、从状态到演变、从背景到事件、从成因到机制”的研究思路,拟开展三方面的研究内容:建立晚中生代海、陆相高分辨率地质记录,重建晚中生代古气候与古环境和晚中生代重大地质事件与快速气候-环境变化关系。

项目下设五个课题:晚中生代东特提斯古海洋和古环境演变;中国东北晚中生代大型陆相盆地古环境演化;晚中生代东亚地区古气候重建;晚中生代气候-环境变化的生物响应;松辽盆地科学钻探与综合研究。

2、预期成果

1)晚中生代高分辨率地质记录的建立

项目拟利用晚中生代东特提斯海相连续地层剖面与松辽盆地科学钻井陆相连续岩心剖面这两个良好的平台,分别建立晚中生代东特提斯海相高分辨率地质记录和晚中生代东亚陆相高分辨率地质记录,而后进行海-陆相整合性对比研究,在已分别建立的晚中生代东特提斯海相与东亚陆相高分辨率地质记录的基础上,通过生物地层、年代地层对比等手段,进行海陆相整合性研究,并实现两者之间在1.0 Ma-0.1 Ma级别上的高精度对比,建立完整的晚中生代高分辨率地质记录,为探究重大气候环境波动事件提供精确且具有全球意义的地层和时间格架。

2)重建晚中生代古气候与古环境

充分发挥东特提斯具有晚中生代连续海相沉积记录的地域优势,利用同位素地球化学、古生物(有孔虫、双壳等)的古生态学、有孔虫δ13C同位素、有机地球化学指标(C/N比、δ13Corgδ15Norg等)、生物标志化合物(如甾醇及其衍生物等)、微量元素(如有孔虫壳Cd/Ca分析)等手段,来有效地恢复东特提斯晚中生代古海洋环境变化历史。以松辽盆地及其相关盆地关键层系为研究对象,基于“松科2井”并结合“松科1井”连续岩心及相关测井资料,开展地质、古生物、地球化学和地球物理多学科综合研究。提取反映陆相湖泊古气候和古环境变化的替代性指标,识别和划分晚侏罗世-古近纪早期古湖泊地质演化阶段,查明白垩纪/古近纪等重要地质事件界线及火山事件所引起的湖泊环境突变特征(如水深、水温,水体氧化还原、盐度、酸碱度等),进而再造陆相湖盆形成与演化历史,建立温室气候条件下陆相湖盆环境参数与古气候间的响应关系。通过对具有气候指示意义的重要古植物类群的研究,查明其化石生物学性状、解剖结构和系统学属性,分析多样性兴衰变化和时空分布模式,揭示植被演化与古气候-环境演变的关系;研究特殊沉积物(如古土壤、湖泊碳酸盐及风成砂等)在古地理背景下分布规律,揭示其反映的古气候类型和分带意义。采用古植物气孔参数和古土壤碳同位素相结合手段,建立中国和东亚地区侏罗纪-古近纪温室地球中长周期的连续和高精度古大气CO2变化曲线(时间分辨率1.0-5.0 Ma),重建重大地质事件发生关键时期中短周期(时间分辨率0.5-1.0 Ma)的古大气CO2浓度变化特征。在此基础上,结合古温度、古湿度、古植被等气候指标,重建晚中生代东亚地区的气候演化历史。

3)探明晚中生代重大地质事件与快速气候-环境变化关系

采用地球生物学、同位素/有机地球化学和地层古生物学的最新理论与方法,结合室内模拟技术手段,研究晚中生代关键地质历史时期的重大生物演化事件,包括三叠/侏罗纪和白垩/古近纪生物集群绝灭、侏罗-白垩纪燕辽与热河生物群的演化更替、鸟类和被子植物辐射演化、浮游有孔虫等微古生物快速演替,以及大灭绝后微生物的快速复苏等,揭示典型地质微生物功能群/宏体生物群对地球温室环境(温度、湿度、主要温室气体)的响应过程与机理、以及生物群对温室效应的反馈及机理,揭示温室时期气候-环境-生物之间的相互关系,为预测全球气候环境变化的生物响应提供科学依据。

以东特提斯洋侏罗纪-古近纪若干实测剖面连续、高分辨率的地质记录为研究平台,利用沉积学、古生物学、古生态学、矿物学(如纳米级铁矿物研究)、地球化学(如ICP-MS微量元素分析、全岩和单体碳同位素分析、生物标志化合物等)等多学科方法,研究早侏罗世Toarcian期和白垩纪OAE1aOAE2等大洋缺氧事件、白垩纪大洋红层-富氧事件、PETM事件的特征及成因机制,提取这些事件所富含的古环境与古气候信息,进而探讨大洋缺氧-富氧事件、PETM事件与快速气候-环境变化之间的耦合关系。

在实现上述研究成果将以国际重要SCI刊物上发表60-80篇高质量的科学论文、在国际重要刊物出版专辑,出版总结晚中生代温室地球与气候环境变化方面的系统专著等形式展现。在此基础上,发展和完善晚中生代古气候重建的地质记录和替代指标(如TEX86古温度参数,地微生物模拟等),建立高分辨率的晚中生代CO2浓度变化曲线,为我国未来“地球时间(Earth Time)”研究提供可资借鉴的实例。同时培养博士研究生30名左右、硕士研究生50名左右、相关研究领域中青年学术带头人和科研骨干10名左右,造就一支既相对稳定又充满活力的多学科交叉的“深时”研究队伍。