研究亮点

黄何:17万年“非常规”天文轨道周期调控地球碳循环【Sci. Adv.,2021】
发布:科技处 2021-07-16 阅读:

米兰科维奇理论指出地球在太阳系中公转和自转轨道参数的变化影响了地表太阳辐射,进而调控了万年-十万年轨道尺度上的地球碳循环和气候变化。随着科学钻探计划(DSDP, ODP, IODP, ICDP)的实施,全球高分辨率地质记录为研究轨道尺度气候变化提供了绝佳素材,并由此诞生了地层学的重要分支——旋回地层学。除了常规的偏心率(40万年、10万年),斜率(4万年)和岁差(2万年)轨道周期之外,近年来科学家在地质记录中捕捉到很多非常规的轨道幅度调制周期(AM),例如32-36 Ma, 7-11 Ma, 2.4 Ma, 1.2 Ma以及17万年(本次研究)。这些非常规周期在影响地球日照量变化上的作用微乎其微,却能在沉积地层中被广泛记录,主要原因可能在于复杂的轨道信号降频方式、信号传输过程、地球气候系统反馈机制及沉积响应过程,然而相关领域的研究仍未取得深入认识。

围绕上述科学问题,我校地球科学与资源学院博士研究生黄何,在高远副教授、王成善院士的指导之下,以松辽盆地大陆科学钻探松科1为研究基础,结合全球200 Ma以来的地质记录,从信号成因、气候反馈机制、沉积过程等方面对17万年非常规天文轨道周期进行了系统研究,取得以下几点创新性认识:

1. 首次在陆相地层中报道了17万年轨道周期信号,并系统地验证了17万年信号在过去2亿年以来的普遍性与稳定性。采用17万年周期作为轨道调谐的目标周期对松科1青山口组进行天文调谐,得到可对比的高精度天文年代标尺。因此,认为17万年周期可以作为过去100 Ma以来天文调谐的标准。

2. 发现土星与地球的引力相互作用(即s3-s6)是产生17万年周期的最根本原因;提出沉积阀值响应模式是沉积系统中17万年信号的放大器,即轨道驱动力的影响超过沉积体系内部自身的物理化学平衡时(如生物化学平衡),信号才会被记录。

3. 揭示了17万年非常规天文轨道周期对中高纬度地区有机碳埋藏的调控作用,证实了该信号对全球碳循环的周期性影响。此外,认为17万年有机碳含量变化周期是油气勘探值得关注的信号。

以上研究阐明了地质记录中容易被忽视的非常规天文轨道周期信号具有重要的气候、环境与资源意义,为理解轨道驱动力与沉积体系之间的线性和非线性相互作用提供了新的视角。

1  200Ma以来17万年非常规天文轨道周期的时空分布

2 松辽盆地青山口组有机质含量显著的17万年周期信号

3 斜率驱动有机碳埋藏的沉积模式

 

4  17万年轨道周期的信号放大的沉积阀值响应模式

上述成果发表在国际权威期刊《Science Advances》上:H. Huang, Y. Gao*, C. Ma, M. M. Jones, C. Zeeden, D. E. Ibarra, H. Wu, C. Wang*. Organic carbon burial is paced by a ~173-ka obliquity cycle in the middle to high latitudes. Sci. Adv. 7, eabf9489 (2021).

附件20210816101445133143.pdf (1.2556992MB)