研究亮点

张洪瑞和Trond Torsvik-EPSL：环特提斯大火成岩省、大陆漂移与二叠纪气候变化

来源:地调局地质所作者:张洪瑞，科技处发布时间:2022-03-23

　　地球在二叠纪时经历了由冰室到温室的气候转变。这一升温转变通常认为是大规模火山活动释放了大量CO2等温室气体导致。在总体升温背景下，二叠纪全球气候还发生了剧烈波动，与火山喷发事件并不完全对应，其原因一直困扰着科学家。

　　针对该问题，中国地质科学院地质研究所张洪瑞研究员与挪威奥斯陆大学地球演化与动力学中心Trond H. Torsvik教授开展了系列合作研究。他们在青藏高原鉴别出了一套具有大火成岩省特征的二叠纪火山—沉积序列，在开展详细年代学和地球化学研究的基础上，重塑了二叠纪特提斯陆块群的裂解—漂移—汇聚过程，并通过计算模拟，发现火山岩喷发、古陆块群位置及全球气候参数（大气CO2浓度、海平面温度）三者之间存在耦合关系，进而解答了二叠纪全球气候剧烈变化之谜。

　　取得的主要认识有：

　　（1）在北羌塘板块杂多地区识别出一套具有洋岛玄武岩（OIB）地球化学特征的玄武岩序列，岩浆活动集中在283-276 Ma。该套岩石出露厚度较大，分布较广，构成了杂多大火成岩省（图1）。

图1 亚洲二叠纪大火成岩省分布

　　（2）杂多大火成岩省在早二叠世处于南半球低纬度区域，是一个独立的地幔岩浆喷发产物。这是继早二叠世环绕特提斯洋盆三个大火成岩省之后被发现的第四个，分别是北部的塔里木、西部的Skagerrak Centred、南部的Panjal和东部的杂多（图2a）。

图2 二叠纪古地理重建与特提斯陆块群漂移过程。图中还展示了早二叠世环特提斯大火成岩省和赤道附近（±10°）陆块分布。

　　（3）大火成岩省岩浆喷发和大陆漂移过程中暴露在赤道附近的硅酸岩风化共同主导了二叠纪气候变化。早二叠世大火成岩省的强烈活动释放了大量CO2，使得空气中CO2平均浓度从370ppm升高到接近800ppm，导致晚古生代大冰期（late Paleozoic ice age）消亡。然而，随着特提斯陆块群北向漂移（图2b），当它们进入赤道附近湿热环境时，大陆硅酸岩风化增强使大气中大量CO2被消耗。大气中CO2浓度降低，地球在中二叠世时处于冰室气候状态。晚二叠世—早三叠世，特提斯陆块群持续北移离开赤道附近（图2c），陆源风化通量大幅减少；这时峨眉山和西伯利亚大火成岩省连续喷发，全球气温迅速升高（图3）。

图3 （a）六个大火成岩省喷发时代与地球冰室/温室气候状态；（b）海平面温度变化；（c）大气CO2浓度变化；（d）特提斯陆块群在赤道附近出露面积统计

　　该研究重建了二叠纪古地理格局，揭示了二叠纪地幔岩浆活动、大陆漂移和气候变化之间的内在关联；同时，精准约束了特提斯陆块群的古地理位置，深入挖掘了特提斯陆块群的古气候内涵，提出特提斯陆块群是二叠纪气候变化的重要调节器。

　　该研究得到国家自然科学基金项目（91962105, 92155305, 92162322, 91855214和41320104004）和挪威研究理事会项目（223272）联合资助，近日在线发表在国际知名期刊Earth and Planetary Science Letters上: Zhang, H., Torsvik, T.H., 2022. Circum-Tethyan magmatic provinces, shifting continents and Permian climate change. Earth and Planetary Science Letters 584, 117453.

　　利用GPlates软件模拟的二叠纪古地理格局文件下载地址：http://www.earthdynamics .org /Tethys /Zhang _Torsvik2021.zip.