第58卷第1期地质论评 GEOLOGICAL REVIEW Vol. 58 No, I 2012年1月 2012 始新世一渐新世气候转变研究进展 肖国桥·2,张仲石34),姚政权”) 1)中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室,中国武汉,430074 2)中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,中国西安,710075; 3)中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心,中国北京,100029 4)挪威 Bjerknes气候研究中心,挪威卑尔根,N-5007; 5)国家海洋局第一海洋研究所,海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室,中国山东青岛,266061 内容提要:始新世一渐新世(E-0)气候转变(34Ma前后)是新生代气候演化过程中最显著的变冷事件之 标志着地球气候由“温室”进入“冰室”。这一转变伴随着地球环境的一系列重大变化,对于研究新生代气候变冷的 驱动机制、区域气候对全球重大气候事件的响应方式、重大气候事件对生态环境及生物演替的影响等具有重要意 义。近年来地质记录和气候模拟在E-0转变研究上取得了一系列重要进展:①不同纬度区的地质记录揭示出这 转变伴随着全球性的显著降温指示其触发因素是全球性的;②气候模拟研究揭示出大气CO2浓度降低及与之联系 的全球碳循环变化是导致这一转变的主因,否定了传统认为的环南极流形成导致E-O气候变冷的假说;③深海沉 积记录揭示出这一转变过程持续400-500ka,表现为全球降温和南极冰盖形成先后两阶段变化;④海一陆气候记录 的对比初步揭示出陆地区域的干旱化可能主要与全球降温(对应于E-0转变的第一阶段)相关。当前对E-0气 候转变的研究还存在地质记录分辨率不够高、模拟结果与地质记录不完全吻合、陆地记录相对较少等方面的不足。 更精确的大气CO2浓度和温度的重建、更多高分辨率海一陆气候记录的研究以及古气候数值模拟的改进有望进一步 揭示出E一0转变过程中气候系统各要素的变化特征和相互关系,为更深入认识这一转变的驱动机制提供依据。 关键词:始新世一渐新世气候转变;全球变冷;大气CO2;气候变化机制 白垩纪以来,地球气候由极端的“温室气候”逐2007; Pearson et al.,2008)。这一气候突变的研究 渐演化为现今两极均发育大冰盖的“冰室气候”。对于认识新生代长期气候变冷的驱动机制、区域气 在长期的气候变冷过程中,最引人注目的是始新候对全球重大气候事件的响应方式、重大气候突变 世一渐新世(E—0)之交(34Ma前后)的气候变冷对生态环境和生物演替的影响等具有重要意义,故 事件,它导致了南极大陆冰盖的出现,标志着地球气 直是古气候学和古生物学关注的焦点之一。 候从“温室”进入“冰室”( Miller et al.,1987,1991 自20世纪70年代在深海中发现这一变冷事件 Zachos et al.,2001,2008)。这一事件还伴随着全以来,不同研究者相继对E-O气候转变的过程、特 球海平面的大幅快速下降( Katz et al.,2008)、全球征及其对生物演替的影响等开展了多方面研究,并 范围的显著降温( Dupont- Nivet et al.,2007; zanazzi对其驱动机制提出了多种假说。最近10年来,随着 et al. 2007: Lear et al. 2008: Schouten et al 高分辨率地质记录的不断报道和古气候数值模拟的 2008; Liu et al.,2009)、大气CO2浓度的明显降低突破,对E—O气候转变的研究取得了一系列重要 ( Pagani et al.,2005; Pearson et al.,2009)、赤道太进展。本文依据近年来的研究进展对E-0气候转 平洋碳酸盐补偿深度近1000m的变深( Coxall et变的研究现状进行了初步总结。 a.,2005)、全球性的生物演替( Meng and1地球环境系统在始新世一渐新世 McKenna, 1998; Ivany et al., 2003; Hansen et al. 2004: Retallack et al. 2004: Coxall and Pearson 转变中的变化 注:本文为中国博士后科学基金(编号20110491234)、黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金(编号 SKLLQG10286)、中国地质调查 局项目(编号121201121261)和生物地质与环境地质国家重点实验室开放基金(编号BGEG1010)共同资助的成果 收稿日期:201107-15;改回日期:20110904;责任编辑:黄敏 作者简介:肖国桥,男,1980年生。博士,主要从事新生代古环境演化研究。 Email: xgqpaocug@gmai.con第 ５８卷 第 １期 ２０ １ ２ 年 １ 月 地 质 论 评 ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷ Ｖｏｌ．５８ Ｎｏ．１ Ｊａｎ． ２０１２ 注：本文为中国博士后科学基金（编号 ２０１１０４９１２３４）、黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金（编号 ＳＫＬＬＱＧ１０２８６）、中国地质调查 局项目（编号 １２１２０１１１２１２６１）和生物地质与环境地质国家重点实验室开放基金（编号 ＢＧＥＧ１０１０）共同资助的成果。 收稿日期：２０１１０７１５；改回日期：２０１１０９０４；责任编辑：黄敏。 作者简介：肖国桥，男，１９８０年生。博士，主要从事新生代古环境演化研究。Ｅｍａｉｌ：ｘｇｑｉａｏｃｕｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。 始新世—渐新世气候转变研究进展 肖国桥１，２） ，张仲石３，４） ，姚政权５） １）中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室，中国武汉，４３００７４； ２）中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室，中国西安，７１００７５； ３）中国科学院大气物理研究所竺可桢 －南森国际研究中心，中国北京，１０００２９； ４）挪威 Ｂｊｅｒｋｎｅｓ气候研究中心，挪威卑尔根，Ｎ－５００７； ５）国家海洋局第一海洋研究所，海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，中国山东青岛，２６６０６１ 内容提要：始新世—渐新世（Ｅ—Ｏ）气候转变（３４Ｍａ前后）是新生代气候演化过程中最显著的变冷事件之一， 标志着地球气候由“温室”进入“冰室”。这一转变伴随着地球环境的一系列重大变化，对于研究新生代气候变冷的 驱动机制、区域气候对全球重大气候事件的响应方式、重大气候事件对生态环境及生物演替的影响等具有重要意 义。近年来地质记录和气候模拟在 Ｅ—Ｏ转变研究上取得了一系列重要进展：①不同纬度区的地质记录揭示出这一 转变伴随着全球性的显著降温，指示其触发因素是全球性的；②气候模拟研究揭示出大气 ＣＯ２浓度降低及与之联系 的全球碳循环变化是导致这一转变的主因，否定了传统认为的环南极流形成导致 Ｅ—Ｏ气候变冷的假说；③深海沉 积记录揭示出这一转变过程持续 ４００～５００ｋａ，表现为全球降温和南极冰盖形成先后两阶段变化；④海—陆气候记录 的对比初步揭示出陆地区域的干旱化可能主要与全球降温（对应于 Ｅ—Ｏ转变的第一阶段）相关。当前对 Ｅ—Ｏ气 候转变的研究还存在地质记录分辨率不够高、模拟结果与地质记录不完全吻合、陆地记录相对较少等方面的不足。 更精确的大气 ＣＯ２浓度和温度的重建、更多高分辨率海—陆气候记录的研究以及古气候数值模拟的改进有望进一步 揭示出 Ｅ—Ｏ转变过程中气候系统各要素的变化特征和相互关系，为更深入认识这一转变的驱动机制提供依据。 关键词：始新世—渐新世气候转变；全球变冷；大气 ＣＯ２；气候变化机制 白垩纪以来，地球气候由极端的“温室气候”逐 渐演化为现今两极均发育大冰盖的“冰室气候”。 在长期的气候变冷过程中，最引人注目的是始新 世—渐新世（Ｅ—Ｏ）之交（３４Ｍａ前后）的气候变冷 事件，它导致了南极大陆冰盖的出现，标志着地球气 候从“温室”进入“冰室”（Ｍｉｌｌｅｒｅｔａｌ．，１９８７，１９９１； Ｚａｃｈｏｓｅｔａｌ．，２００１，２００８）。这一事件还伴随着全 球海平面的大幅快速下降（Ｋａｔｚｅｔａｌ．，２００８）、全球 范围的显著降温（ＤｕｐｏｎｔＮｉｖｅｔｅｔａｌ．，２００７；Ｚａｎａｚｚｉ ｅｔａｌ．，２００７；Ｌｅａｒｅｔａｌ．，２００８；Ｓｃｈｏｕｔｅｎｅｔａｌ．， ２００８；Ｌｉｕｅｔａｌ．，２００９）、大气 ＣＯ２浓度的明显降低 （Ｐａｇａｎｉｅｔａｌ．，２００５；Ｐｅａｒｓｏｎｅｔａｌ．，２００９）、赤道太 平洋碳酸盐补偿深度近 １０００ｍ的变深（Ｃｏｘａｌｌｅｔ ａｌ．，２００５）、全 球 性 的 生 物 演 替 （Ｍｅｎｇ ａｎｄ ＭｃＫｅｎｎａ，１９９８；Ｉｖａｎｙｅｔａｌ．，２００３；Ｈａｎｓｅｎｅｔａｌ．， ２００４；Ｒｅｔａｌｌａｃｋｅｔａｌ．，２００４；ＣｏｘａｌｌａｎｄＰｅａｒｓｏｎ， ２００７；Ｐｅａｒｓｏｎｅｔａｌ．，２００８）。这一气候突变的研究 对于认识新生代长期气候变冷的驱动机制、区域气 候对全球重大气候事件的响应方式、重大气候突变 对生态环境和生物演替的影响等具有重要意义，故 一直是古气候学和古生物学关注的焦点之一。 自 ２０世纪 ７０年代在深海中发现这一变冷事件 以来，不同研究者相继对 Ｅ—Ｏ气候转变的过程、特 征及其对生物演替的影响等开展了多方面研究，并 对其驱动机制提出了多种假说。最近 １０年来，随着 高分辨率地质记录的不断报道和古气候数值模拟的 突破，对 Ｅ—Ｏ气候转变的研究取得了一系列重要 进展。本文依据近年来的研究进展对 Ｅ—Ｏ气候转 变的研究现状进行了初步总结。 １ 地球环境系统在始新世—渐新世 转变中的变化