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地球宜居性的深部驱动机制

科学通报 2024年第2期69卷 169-183页

作者：徐义刚黄小龙王强王煜李高军刘耘毛河光倪怀玮朱茂炎中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 南京大学地球科学与工程学院南京210023 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳550081 北京高压科学研究中心北京100094 中国科学技术大学中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物和地层学国家重点实验室南京210080

除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机... 详细信息

除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机制是地球系统科学研究的突破口.在调研和评述的基础上,本文建议未来研究需要关注早期地球、地磁场、深地挥发分循环、超级火山、深地新化学反应和地质空调器等方向,围绕地球宜居性的深部驱动机制这一主题,开展地球固体层圈与流体层圈的整合研究,助力我国地球科学研究从单一学科研究向多学科交叉融合研究的转变,推动我国固体地球科学从跟踪前沿向开拓前沿的跨越式发展.

关键词：地球宜居性深部引擎深地过程层圈相互作用地球系统科学

前言:青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化

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中国科学：地球科学 2024年第4期54卷 911-914页

作者：沈树忠丁林朱茂炎王向东邓涛南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环前沿科学中心内生金属成矿机制研究国家重点实验室南京210023 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统全国重点实验室北京100101 中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室北京100044

青藏高原研究对揭示地史时期全球构造、古地理、生物与环境等的演化都具有举足轻重的作用.文章介绍了“青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化”专辑的组织背景、主要内容和期望目标,同时总结了本专辑成果相比第一次青藏高原科... 详细信息

青藏高原研究对揭示地史时期全球构造、古地理、生物与环境等的演化都具有举足轻重的作用.文章介绍了“青藏高原及其周边综合地层、生物群与古地理演化”专辑的组织背景、主要内容和期望目标,同时总结了本专辑成果相比第一次青藏高原科考报告的显著进展.

关键词：期望目标生物群全球构造生物与环境青藏高原周边

青藏高原及其周边寒武纪综合地层、生物群与古地理演化

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中国科学：地球科学 2024年第4期54卷 968-991页

作者：孙智新孙郎赵方臣潘兵 Malik Muhammad Saud Sajid KHAN Shehryar AHMED 杨传苗兰云殷宗军李国祥朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

青藏高原及其周边地区具有漫长且复杂的构造演化历史.印度北部、拉萨、羌塘、柴达木、中祁连等大小不同的克拉通和地块,以及位于它们之间的造山带构成了青藏高原的主体.寒武纪时期,这些克拉通和地块大多位于冈瓦纳大陆的西北缘,并以发... 详细信息

青藏高原及其周边地区具有漫长且复杂的构造演化历史.印度北部、拉萨、羌塘、柴达木、中祁连等大小不同的克拉通和地块,以及位于它们之间的造山带构成了青藏高原的主体.寒武纪时期,这些克拉通和地块大多位于冈瓦纳大陆的西北缘,并以发育与原特提斯洋有关的复杂岩浆-构造运动而与周边的阿拉伯、中伊朗、阿富汗、塔里木、阿拉善、华北、华南和滇缅马等构造单元相关联.从地层记录上看,这一时期区域内的大部分稳定陆块上发育了由陆源碎屑岩和碳酸盐岩组成的浅水陆棚沉积,其中包含面貌相近的典型浅水相三叶虫组合.而在原特提斯洋中的祁连构造带,寒武系则是一套在大洋扩张环境下形成的、以中基性火山岩和硅质岩为主的复杂地层序列,其中包含的碳酸盐岩含有斜坡相三叶虫组合.本文在广泛文献调研的基础上,结合第二次青藏高原综合科学考察中的野外观察及新获得的化石证据,对青藏高原及其周边地区不同构造单元上寒武纪地层发育的总体特征进行了概述.在此基础上,利用可获得的生物地层学和同位素年代学等资料,总结了不同构造单元上寒武纪地层的划分和年代地层对比,编制了岩石和生物地层的综合对比表.此外,从生物古地理的角度,简要讨论了寒武纪研究区内主要构造单元的古地理相关性,以及与原特提斯构造带演变有关的问题.

关键词：青藏高原寒武系地层古地理生物群冈瓦纳大陆原特提斯洋

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氧同位素在古温度重建及水循环研究中的应用

科学通报 2023年第12期68卷 1528-1543页

作者：陈波朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所生物演化与环境卓越中心现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化... 详细信息

适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化石属种的生命效应、区域性海水氧同位素组成差异、海水氧同位素组成是否随时间发生变化等诸多不确定性因素的影响.本文在回顾深时氧同位素古温度计基本原理的基础上,详细评估了成岩蚀变、生命效应、区域性海水同位素组成等不确定性因素对准确重建深时古温度的制约和解决方法;同时,还对应用氧同位素指标开展深时地表和深部水循环研究中的进展与存在的问题进行了探讨.

关键词：碳酸盐化石磷酸盐化石岩石圈水圈深部水循环表层水循环

青藏高原及其周边成冰纪-埃迪卡拉纪综合地层、生物群与古地理演化

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中国科学：地球科学 2024年第4期54卷 936-967页

作者：孙郎 Malik Muhammad Saud Sajid KHAN 杨传孙智新潘兵 Shehryar AHMED 苗兰云孙玮辰胡春林孙晓娟罗翠陈波殷宗军赵方臣李国祥朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

青藏高原及其周边的块体,包括印度板块、拉萨地块、羌塘地块、塔里木板块、欧龙布鲁克地块、中祁连地块、阿拉善地块、华北板块、扬子板块、中伊朗地块和阿曼等,以及各块体之间造山带的复杂演化历史是地球科学研究的前沿和热点.成冰系... 详细信息

青藏高原及其周边的块体,包括印度板块、拉萨地块、羌塘地块、塔里木板块、欧龙布鲁克地块、中祁连地块、阿拉善地块、华北板块、扬子板块、中伊朗地块和阿曼等,以及各块体之间造山带的复杂演化历史是地球科学研究的前沿和热点.成冰系和埃迪卡拉系广泛分布于该地区的各个构造单元,其中阿曼、印度板块、扬子板块以及塔里木板块发育有相对完整的成冰系和埃迪卡拉系;而在中伊朗地块、南羌塘地块、中祁连地块、阿拉善地块及华北板块,目前已知仅有埃迪卡拉系发育.基于前人对青藏高原及其周边地区成冰系和埃迪卡拉系的研究,结合第二次青藏高原综合科学考察研究项目开展以来获得的新资料和研究进展,本文建立了该地区成冰系和埃迪卡拉系代表性地层序列对比表.在此基础上,本文梳理了该地区这一时期生物群和重大地质事件的研究现状和存在的问题.结果表明,该地区各板块埃迪卡拉纪化石的保存和组合面貌各具特色,但普遍发现有典型埃迪卡拉纪末期化石分子Cloudina和Shaanxilithes;除成冰纪两次全球性冰期事件外,在青藏高原北缘各块体(华北板块、阿拉善地块、北祁连构造带、中祁连地块、欧龙布鲁克地块、塔里木板块)以及伊朗中南部普遍记录了一次埃迪卡拉纪晚期的冰川事件,但该事件的时限、分布范围和成因有待进一步揭示;同时,埃迪卡拉纪中期DOUNCE/Shruam碳同位素负异常事件在青藏高原周边地区也具有广泛记录.综合现有研究资料发现,在成冰纪-埃迪卡拉纪期间,青藏高原及其周边地区大多数块体从罗迪尼亚超大陆裂解出来后,可能通过泛非运动构成东冈瓦纳大陆的一部分,而部分板块(如华北板块)位于冈瓦纳大陆和劳伦大陆之间.总体而言,该地区的主要块体在成冰纪-埃迪卡拉纪期间具体的古地理演化模型存在较多争议,亟需开展进一步的研究工作.

关键词：青藏高原成冰系埃迪卡拉系地层古地理生物群冈瓦纳大陆

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水循环的地质演变:研究现状与关键问题

科学通报 2023年第12期68卷 1425-1442页

作者：朱茂炎郭正堂汪品先中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 同济大学海洋与地球科学学院海洋地质国家重点实验室上海200092

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时... 详细信息

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.

关键词：水循环碳循环古气候学水文气候学地球系统演变

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水循环地质演变研究的重要性

科学通报 2023年第12期68卷 1421-1424页

水是维持地球生物多样性和生态系统健康的根本保障,更是地球表层系统机体运作的“血液”.当今全球变暖背景下,与水循环变化密切相关的干旱、森林大火和洪涝等极端灾害天气频发,以及海平面上升、海洋热浪与酸化等全球性生态危机问题日益... 详细信息

水是维持地球生物多样性和生态系统健康的根本保障,更是地球表层系统机体运作的“血液”.当今全球变暖背景下,与水循环变化密切相关的干旱、森林大火和洪涝等极端灾害天气频发,以及海平面上升、海洋热浪与酸化等全球性生态危机问题日益突出,深刻影响了全球生态系统健康和人类社会的可持续发展.政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第6次评估报告中,特别突出了系统性评估气候变化对全球水循环影响的重要性[1].毋容置疑,水循环是地球系统中的基本过程之一.

关键词：全球生态系统政府间气候变化专门委员会地质演变森林大火水循环地球表层系统毋容置疑全球变暖

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前寒武纪全球地质年代划分新趋势

地层学杂志 2022年第2期46卷 209-213页

作者：朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院生物演化与环境卓越创新中心江苏南京210008 中国科学院大学地球与行星科学院北京100049

前寒武纪(pre-Cambrian,Precambrian)是一个非正式的地质年代单位,泛指寒武纪之前的地质时代,在地质科学研究和实践中被广泛使用。约占地球历史88%时长的前寒武纪岩石和地层经过长时间各种地质作用改造,不仅记录不完整、保存差,而且原... 详细信息

前寒武纪(pre-Cambrian,Precambrian)是一个非正式的地质年代单位,泛指寒武纪之前的地质时代,在地质科学研究和实践中被广泛使用。约占地球历史88%时长的前寒武纪岩石和地层经过长时间各种地质作用改造,不仅记录不完整、保存差,而且原始地层层序复杂不清。同时,前寒武纪没有像显生宙那样可以用于地层划分和对比的标准生物化石,因而前寒武纪地层研究和地质年代划分与对比非常困难。

关键词：地质科学研究前寒武纪地层划分和对比地质年代单位地层层序生物化石显生宙

显生宙长时间尺度碳循环演变的模拟:现状与展望

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科学通报 2023年第12期68卷 1580-1592页

作者：张莹刚 Benjamin J.W.Mills 何天辰杨涛朱茂炎中国科学院南京地质古生物研究所现代古生物学和地层学国家重点实验室南京210008 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210046 School of Earth Environment University of LeedsLeeds LS29JTUK 中国科学院生物演化与环境卓越创新中心南京210008 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

长时间尺度碳循环演变控制了大气CO_(2)的含量.显生宙以来,大气CO_(2)含量的变化及其对地表气温的控制,是古气候地球化学研究的前沿领域.地球系统箱式模型被广泛用于揭示长时间尺度碳循环和古气候变化的过程与机制.以COPSE(Carbon-Oxyge... 详细信息

长时间尺度碳循环演变控制了大气CO_(2)的含量.显生宙以来,大气CO_(2)含量的变化及其对地表气温的控制,是古气候地球化学研究的前沿领域.地球系统箱式模型被广泛用于揭示长时间尺度碳循环和古气候变化的过程与机制.以COPSE(Carbon-Oxygen-Phosphorus-Sulphur-Evolution)和GEOCARB模型为代表的早期长时间尺度碳循环模型,在应用于显生宙大气CO_(2)含量变化研究上成效显著,但因无法表达地球三维地表的影响,制约了其进一步发展.新发展的SCION(Spatial Continuous Integration)模型基于COPSE模型,结合了GEOCLIM模型中运用的FOAM(Fast Ocean-Atmosphere Model)气候模型数据集,实现了大陆风化的动态表达,进而更准确地表征了长时间尺度的碳循环演变.然而,最新版SCION模型模拟的大气CO_(2)含量变化,仍与大气CO_(2)的地质指标记录存在不一致之处.采用多箱式海洋替代单一箱式海洋,区分硅酸盐岩性对风化的影响,完善营养物质循环,优化构造古地理和陆地植物演化的表达等,有望提高对长时间尺度碳循环源汇体系的限定和显生宙大气CO_(2)模拟的准确性.

关键词：大气CO_(2)含量长时间尺度碳循环显生宙地球系统箱式模型生物地球化学箱式模型