司圖特冰期記錄和7.2億年前巖漿巖省的古地理分布、相關(guān)地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)總結(jié)，雪球以及富蘭克林大火成巖省地球化學(xué)的地球的啟動(dòng)空間分帶
（神秘的地球uux.cn）據(jù)中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所：在新元古代成冰紀(jì)，地球表面系統(tǒng)先后經(jīng)歷了司圖特冰期（Sturtian，億年巖漿巖省7.17-6.60億年前）和馬林諾冰期（Marinoan，雪球6.50-6.35億年前）兩次整個(gè)地球幾乎完全被冰雪覆蓋的地球的啟動(dòng)雪球地球事件。這種極端氣候的億年巖漿巖省誘因及其影響是學(xué)界持續(xù)關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域之一。
北美約7.2億年前的雪球富蘭克林大火成巖省噴發(fā)，在古赤道附近侵入富集硫的地球的啟動(dòng)地層，且在時(shí)間上與司圖特冰期啟動(dòng)時(shí)間一致，億年巖漿巖省因此其被認(rèn)為是雪球司圖特冰期啟動(dòng)的重要因素。具有代表性的地球的啟動(dòng)相關(guān)模型為火山冬天模型和基性巖風(fēng)化模型。前者認(rèn)為，億年巖漿巖省冷的雪球背景氣候可以降低赤道附近的對(duì)流層頂高度，促使富蘭克林大火成巖省噴發(fā)的地球的啟動(dòng)SO2可以進(jìn)入平流層，造成行星反照率突然增加，引起全球降溫；而后者則認(rèn)為，富蘭克林大火成巖省產(chǎn)生的大規(guī)模基性熔巖持續(xù)風(fēng)化，推動(dòng)了大氣中溫室氣體CO2下降到一個(gè)可以促發(fā)雪球的閥值。
然而，近期研究發(fā)現(xiàn)，大火成巖省的總面積或者其在熱帶的面積與大陸冰蓋的規(guī)模之間關(guān)系微弱。富蘭克林大火成巖省單獨(dú)作用是否可以啟動(dòng)司圖特冰期？如何通過地質(zhì)證據(jù)建立寒冷背景氣候與火山噴發(fā)SO2注入平流層之間的聯(lián)系？這些問題至今仍未得到很好的回答。
除了富蘭克林大火成巖省，其他大陸也可能發(fā)育有約7.2億年前的大規(guī)模巖漿活動(dòng)。基于細(xì)粒沉積巖的Nd同位素和含量的研究，發(fā)現(xiàn)在臨近司圖特冰期之前，華南地區(qū)源自基性源區(qū)風(fēng)化形成的碎屑組分貢獻(xiàn)率最高可達(dá)80%，暗示當(dāng)時(shí)華南很有可能也發(fā)育有較大規(guī)模的基性巖漿活動(dòng)。因此，查明約7.2億年以前巖漿作用的時(shí)-空間分布對(duì)深入理解司圖特冰期的啟動(dòng)機(jī)制具有重要意義。
基于上述科學(xué)問題和研究思路，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所楊傳副研究員與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李獻(xiàn)華院士團(tuán)隊(duì)等合作，通過高精度地質(zhì)年代學(xué)和全巖地球化學(xué)的綜合研究，在華南的南秦嶺地區(qū)識(shí)別出一個(gè)與富蘭克林大火成巖省時(shí)代相近的巖漿巖省，稱為湖北-陜西巖漿巖省。
此次華南研究新識(shí)別出來的7.2億年前的湖北-陜西巖漿巖省拓展了成冰紀(jì)雪球地球啟動(dòng)前大規(guī)模巖漿活動(dòng)的時(shí)空分布，并且地質(zhì)證據(jù)將司圖特雪球地球啟動(dòng)之前冷的背景氣候與冰期啟動(dòng)時(shí)期平流層氣溶膠的注入聯(lián)系起來，提供了合理的雪球地球啟動(dòng)機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名刊物《地球與行星科學(xué)通訊》（Earth and Planetary Science Letters）上。
湖北-陜西巖漿巖省的主噴發(fā)期時(shí)間為7.2億年前，早于司圖特冰期啟動(dòng)約三百萬年；分布面積至少有10萬平方公里；巖石組合主要包括雙峰式的噴出巖和侵入巖。通過野外地質(zhì)、巖石組合、全巖地球化學(xué)綜合研究顯示，湖北-陜西巖漿巖省形成于典型大陸裂谷環(huán)境。玄武質(zhì)巖漿來自不同深度的軟流圈地幔，通過分離結(jié)晶和同化混染形成少量與玄武巖互層的中性巖；同期底侵的基性巖漿提供熱源，引起地殼重熔形成相關(guān)的流紋巖。
研究獲得的高精度地質(zhì)年代學(xué)、古地理和地球化學(xué)數(shù)據(jù)綜合分析顯示：（1）相關(guān)的大規(guī)模巖漿活動(dòng)從7.2億年前開始，持續(xù)到司圖特冰期啟動(dòng)；（2）這些7.2-7.17億年前的巖漿活動(dòng)橫跨羅迪尼亞超大陸，從赤道到中緯度地區(qū)；（3）湖北-陜西巖漿巖省與勞倫-西伯利亞大火成巖省的基性巖具有可對(duì)比的地球化學(xué)組成特征。鑒于巖漿活動(dòng)年齡和地球化學(xué)成分上的一致性、空間分布的廣泛性以及富蘭克林地幔柱的記錄，這些7.2-7.17億年前的巖漿巖省可以用羅迪尼亞超大陸下伏的超級(jí)地幔柱來解釋。
另外，研究提出，發(fā)生在司圖特冰期之前幾百萬年的低-中緯度的火山可能增強(qiáng)了全球風(fēng)化，創(chuàng)造了冷的背景氣候，降低了赤道附近對(duì)流層頂?shù)母叨龋偈垢惶m克林大火成巖省噴發(fā)的SO2順利進(jìn)入平流層，這一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)最終可能引發(fā)了司圖特雪球地球的啟動(dòng)。
論文第一作者為地質(zhì)與地球物理所路凱博士，通訊作者為南京古生物所楊傳博士和地質(zhì)與地球物理所李獻(xiàn)華院士，研究團(tuán)隊(duì)還包括地質(zhì)與地球物理所Ross Mitchell研究員、周久龍博士、吳黎光博士和云南大學(xué)王選策教授。
論文相關(guān)信息：Kai Lu, Ross N. Mitchell, Chuan Yang*, Jiu-Long Zhou, Li-Guang Wu, Xuan-Ce Wang, Xian-Hua Li*. Widespread magmatic provinces at the onset of the Sturtian snowball Earth. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 594, 117736. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117736.
作者:百科
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