2012年 年,对E—0转变过程中大气CO2浓度的重建取得2009)。从中可以看出,虽然多数结果显示大气CO2 了重要进展。所依据的指标包括:植物叶片的气孔浓度在无冰盖的古新世一早始新世时期较高,而中 指数( Retallack,2001,202)、反映表层海水pH值新世以来较低(图4),但目前利用不同指标重建的 的浮游有孔虫壳体硼同位素( Pearson and palmer,大气CO2浓度仍存在相当大的不确定性( Ruddiman, 2000; Pearson et al.,2009)和B/Ca比值( Tripati et2010)。最近, Pearson等(2009)基于浮游有孔虫壳 al.,2009),以及海洋浮游藻类产生的长链烯酮的体的硼同位素比值对E-O转变过程中大气CO2浓 碳同位素( Pagani et al.,2005)等。 度的详细变化特征进行了较高分辨率的重建(图 图4综合了近年来依据上述不同指标重建的新4),其结果指示CO2浓度在E—O界线附近降低到 生代大气CO2浓度结果( Pearson and Palmer,2000;约760×10-6,达到了模拟研究所认为的产生南极 Retallack,2002; Pagani et al.,2005; Tripati et al.,冰盖的CO2阈值(700~840×10-6)( DeConto and Pollard,2003; DeConto et al.,2008),但值得注意的 人CO2浓度(×10°)(按体积计算) 是,随后CO2浓度又回升到约1100×10-6。显然,对 1000200030004000 E-0转变时期CO2浓度的重建仍然需要更多高分 辨率的研究。 大CO浓度(×10)1.4碳酸盐补偿深度和碳同位素的变化 (按体积计算) 海洋中碳酸盐的沉积与溶解达到平衡的深度称 :32.8 50010001500为碳酸盐补偿深度( Calcite Compensation Depth,简 称CCD)。海洋中碳酸盐的沉积区均位于这一深度 :33.2 之上。CD与海水酸碱度及与之联系的大气CO2浓 度相关,因此也与全球碳循环和气候变化相关(Rea 33.6 and Lyle,2005)。E-0气候转变时期是新生代全 世 球海洋CCD变化最显著的时期之一,各大洋CCD 均发生了明显变深,其中,赤道太平洋变深达1km 34.4 以上(图5a)( van andel,1975; Coxall et al.,2005 451世 Rea and Lvle,2005; Tripati et al.,2005),大西洋和 34.8 印度洋变深也达0.5km以上( van andel,1975 Peterson and backman,1990)。据估算,E-O气候 转变时期CCD的变深使海底碳酸盐沉积区的面积 增加了1倍之多( Rea and Lvle,2005)。同时,E-0 转变时期也伴随着明显的海洋碳同位素变化,全球 I2[3□4 多个钻孔(位置见图3b)的记录显示(图5b),深海 碳同位素在这一时期发生了约1%c的正偏( Zachos 图4始新世一渐新世转变时期的大气CO2浓度变化 etal.,1996;刘志飞等,2004; Coxall et al.,2005 Fig. 4 The changes of atmospheric CO2 across the 拓守廷等,2006; Pearson et al.,2008; Pus et al. Eocene-Oligocene climate transitio 1—基于硼同位素重建的大气CO2浓度( Pearson and palmer, 2011)。 2000; Pearson et a.,2009);2-基于叶片气孔重建的大气CO2 Coxall等(2005)对赤道太平洋ODP1218孔的 浓度( Retallack,202);3-基于长链烯酮碳同位素重建的大气碳酸盐含量及底栖有孔虫的碳、氧同位素进行了详 CO2)度( Pagani et al,200:4-基于硼/钙比值重建的大气细研究,结果显示,E-0气候转变过程中CCD的变 CO2浓度( Tripati et al.,2009) 化与碳、氧同位素的阶段性增加的特征一致(图 1--Marine 8B-based atmospheric CO, reconstruction( Pearson and Palmer, 2000: Pearson et al., 2009): 2-stomatal-based 5c),指示该时期的CCD变化、全球变冷及南极冰盖 atmospheric CO, reconstruction Retallack, 2002):3--marine 的扩张与所伴随的碳循环过程密切相关。但不同于 alkenone-based atmospheric CO, reconstruction ( Pa aganI et al 氧同位素和CCD的是,碳同位素在E—0转变之后 2005): 4-B/Ca-based atmospheric CO, reconstruction(Tripati 的约1Ma又缓慢降低到之前的水平(图5b、c)。 al.,2009) Merico等(2008)利用全球海洋生物地球化学箱式年，对 Ｅ—Ｏ转变过程中大气 ＣＯ２浓度的重建取得 了重要进展。所依据的指标包括：植物叶片的气孔 指数（Ｒｅｔａｌｌａｃｋ，２００１，２００２）、反映表层海水 ｐＨ值 的浮游有孔虫壳体硼同位素（ＰｅａｒｓｏｎａｎｄＰａｌｍｅｒ， ２０００；Ｐｅａｒｓｏｎｅｔａｌ．，２００９）和 Ｂ／Ｃａ比值（Ｔｒｉｐａｔｉｅｔ ａｌ．，２００９），以及海洋浮游藻类产生的长链烯酮的 碳同位素（Ｐａｇａｎｉｅｔａｌ．，２００５）等。 图 ４始新世—渐新世转变时期的大气 ＣＯ２浓度变化 Ｆｉｇ．４ＴｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ａｃｒｏｓｓｔｈｅ Ｅｏｃｅｎｅ—Ｏｌｉｇｏｃｅｎｅｃｌｉｍａｔｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ １—基于硼同位素重建的大气 ＣＯ２浓度 （ＰｅａｒｓｏｎａｎｄＰａｌｍｅｒ， ２０００；Ｐｅａｒｓｏｎｅｔａｌ．，２００９）；２—基于叶片气孔重建的大气 ＣＯ２ 浓度（Ｒｅｔａｌｌａｃｋ，２００２）；３—基于长链烯酮碳同位素重建的大气 ＣＯ２浓度（Ｐａｇａｎｉｅｔａｌ．，２００５）；４—基于硼／钙比值重建的大气 ＣＯ２浓度（Ｔｒｉｐａｔｉｅｔａｌ．，２００９） １—Ｍａｒｉｎｅδ１１ＢｂａｓｅｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（Ｐｅａｒｓｏｎａｎｄ Ｐａｌｍｅｒ， ２０００； Ｐｅａｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．， ２００９）； ２—ｓｔｏｍａｔａｌｂａｓｅｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ （Ｒｅｔａｌｌａｃｋ，２００２）；３—ｍａｒｉｎｅ ａｌｋｅｎｏｎｅｂａｓｅｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ （Ｐａｇａｎｉｅｔａｌ．， ２００５）；４—Ｂ／ＣａｂａｓｅｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（Ｔｒｉｐａｔｉｅｔ ａｌ．，２００９） 图 ４综合了近年来依据上述不同指标重建的新 生代大气 ＣＯ２浓度结果（ＰｅａｒｓｏｎａｎｄＰａｌｍｅｒ，２０００； Ｒｅｔａｌｌａｃｋ，２００２；Ｐａｇａｎｉｅｔａｌ．，２００５；Ｔｒｉｐａｔｉｅｔａｌ．， ２００９）。从中可以看出，虽然多数结果显示大气 ＣＯ２ 浓度在无冰盖的古新世—早始新世时期较高，而中 新世以来较低（图 ４），但目前利用不同指标重建的 大气 ＣＯ２浓度仍存在相当大的不确定性（Ｒｕｄｄｉｍａｎ， ２０１０）。最近，Ｐｅａｒｓｏｎ等（２００９）基于浮游有孔虫壳 体的硼同位素比值对 Ｅ—Ｏ转变过程中大气 ＣＯ２浓 度的详细变化特征进行了较高分辨率的重建（图 ４），其结果指示 ＣＯ２浓度在 Ｅ—Ｏ界线附近降低到 约 ７６０×１０－６ ，达到了模拟研究所认为的产生南极 冰盖的 ＣＯ２阈值（７００～８４０×１０－６ ）（ＤｅＣｏｎｔｏａｎｄ Ｐｏｌｌａｒｄ，２００３；ＤｅＣｏｎｔｏｅｔａｌ．，２００８），但值得注意的 是，随后 ＣＯ２浓度又回升到约 １１００×１０－６ 。显然，对 Ｅ—Ｏ转变时期 ＣＯ２浓度的重建仍然需要更多高分 辨率的研究。 １．４ 碳酸盐补偿深度和碳同位素的变化 海洋中碳酸盐的沉积与溶解达到平衡的深度称 为碳酸盐补偿深度（ＣａｌｃｉｔｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＤｅｐｔｈ，简 称 ＣＣＤ）。海洋中碳酸盐的沉积区均位于这一深度 之上。ＣＣＤ与海水酸碱度及与之联系的大气 ＣＯ２浓 度相关，因此也与全球碳循环和气候变化相关（Ｒｅａ ａｎｄＬｙｌｅ，２００５）。Ｅ—Ｏ气候转变时期是新生代全 球海洋 ＣＣＤ变化最显著的时期之一，各大洋 ＣＣＤ 均发生了明显变深，其中，赤道太平洋变深达 １ｋｍ 以上（图 ５ａ）（ｖａｎＡｎｄｅｌ，１９７５；Ｃｏｘａｌｌｅｔａｌ．，２００５； ＲｅａａｎｄＬｙｌｅ，２００５；Ｔｒｉｐａｔｉｅｔａｌ．，２００５），大西洋和 印度洋变深也达 ０５ｋｍ以上（ｖａｎＡｎｄｅｌ，１９７５； ＰｅｔｅｒｓｏｎａｎｄＢａｃｋｍａｎ，１９９０）。据估算，Ｅ—Ｏ气候 转变时期 ＣＣＤ的变深使海底碳酸盐沉积区的面积 增加了 １倍之多（ＲｅａａｎｄＬｙｌｅ，２００５）。同时，Ｅ—Ｏ 转变时期也伴随着明显的海洋碳同位素变化，全球 多个钻孔（位置见图 ３ｂ）的记录显示（图 ５ｂ），深海 碳同位素在这一时期发生了约 １‰的正偏（Ｚａｃｈｏｓ ｅｔａｌ．，１９９６；刘志飞等，２００４；Ｃｏｘａｌｌｅｔａｌ．，２００５； 拓守廷等，２００６；Ｐｅａｒｓｏｎｅｔａｌ．，２００８；Ｐｕｓｚｅｔａｌ．， ２０１１）。 Ｃｏｘａｌｌ等（２００５）对赤道太平洋 ＯＤＰ１２１８孔的 碳酸盐含量及底栖有孔虫的碳、氧同位素进行了详 细研究，结果显示，Ｅ—Ｏ气候转变过程中 ＣＣＤ的变 化与碳、氧同位素的阶段性增加的特征一致（图 ５ｃ），指示该时期的 ＣＣＤ变化、全球变冷及南极冰盖 的扩张与所伴随的碳循环过程密切相关。但不同于 氧同位素和 ＣＣＤ的是，碳同位素在 Ｅ—Ｏ转变之后 的约 １Ｍａ又缓慢降低到之前的水平（图 ５ｂ、ｃ）。 Ｍｅｒｉｃｏ等（２００８）利用全球海洋生物地球化学箱式 ９６ 地 质 论 评 ２０１２年