恐龙时代的气候记录保持不变 - 西梅

在最近完成的SK - 3钻探阶段对新的核心部分进行的研究将探索关于东亚中白垩纪陆地气候演变的问题，这是过去1.5亿年中最热的时期[ O ' Brien等人， 2017年。

2006年， ... 西梅APP下载IOSAndroid西梅小程序登录领红包首页科技科学恐龙时代的气候记录保持不变 恐龙时代的气候记录保持不变 AnUnbrokenRecordofClimateDuringtheAgeofDinosaurs AnUnbrokenRecordofClimateDuringtheAgeofDinosaurs 恐龙时代的气候记录保持不变 Eos · 科学 · 05月18日内容显示: 英文 中文 中英对照 在1亿年前的白垩纪时期，地球是一个与今天截然不同的地方，开花的植物和树木直到最近才进化到与针叶树、蕨类植物、Cycads和其他群体共存，而各种各样的恐龙是陆地上巨型动物的主要形式。

这些植物和动物生活的全球气候也非常不同：更温暖、更蒸汽，几乎没有冰。

今天，地球明显比白垩纪凉爽，冰原和冰川仍然覆盖着大部分极地。

然而，我们知道情况正在发生变化。

由于二氧化碳（CO2）等温室气体的人为排放，地球已经比工业化前温暖了约1°C，许多政府正在努力将进一步变暖限制在工业化前水平以上不超过2°C（甚至1.5°C）[政府间气候变化专门委员会（IPCC），2018年]。

在预测未来气候情景的努力中，对过去地质时期大气二氧化碳水平和温度高于今天的情况进行调查是非常宝贵的。

与此同时，地球科学家正在批判性地评估辐射强迫（与地球辐射回太空的量相比，地球吸收的太阳能过剩）导致温度超过这些目标的可能性和后果。

他们问，未来会发生什么，前工业化时代的大气二氧化碳水平（PCO2）-约为百万分之280（ppMV），现在超过415ppMV-到2100年达到800-1300ppMV，大气变暖高达5°C（IPCC，2018年）？随之而来的气候变化将提高海平面，并可能导致水文循环的剧烈变化，加剧干旱、洪水、火灾和极端温度等危害，所有这些都可能严重影响世界各地的生态系统和人类。

在预测未来气候情景的努力中，研究过去地质时期PCO2水平和温度高于今天的时间是非常宝贵的，因为这是我们必须为未来提供参考点的最佳自然类比[Tierney等人，2020年]。

其中一个值得关注的时间是白垩纪(1.455亿至6,600万年前)，当时大气条件在地球上创造了强烈的"温室"气候。

2006年，SK项目的工作人员在中国松辽盆地雄心勃勃的地面古气候和古环境研究工作中，开始在该盆地的岩石中钻探，以获得地面白垩纪气候的第一份完整记录（图1）。

该项目名为SK，来自"松辽科学钻探"一词的中文拼音，正在国际恒和集团科学钻探计划（ICDP）的框架内进行（Wang等人，2013年a，2013年b；Gao等人，2019年）。

前两个钻探阶段的发现已经揭示了宝贵的洞察力。

随着钻探的最后阶段刚刚完成，我们预计新的研究将导致对过去和未来气候条件的更多揭示。

图1.松辽盆地SK钻井项目的核心部分存放于北京的该设施。

资料来源:袁高白垩纪气候的黄金标准白垩纪是温室气候的典型例子。

大气中的PCO2水平高达约2,000ppmV，平均气温约比今天高出5°C-10°C，海平面高出50-100米[O'Brien等人，2017年；Tierney等人，2020年]。

这些情况与IPCC预测的本世纪末可能发生的最极端的情况类似，PCO2水平超过1,200ppmV，全球温度约高出4°C[IPCC，2018年]。

白垩纪是恐龙在地球生态系统中占主导地位的最后一次喘息；此外，它是哺乳动物、鸟类和被子植物（开花植物）迅速进化和增殖的时代。

几十年来，科学界一直在深入了解白垩纪的气候，特别是Chicxulub小行星撞击和Deccan火山活动等事件如何促进进化和非鸟类恐龙和其他生物群的灭绝[Hull等人，2020年]。

尽管有这种强烈的兴趣，我们仍然缺乏白垩纪漫长而持续的大陆地质记录。

松辽盆地保存了白垩纪连续完整的陆相记录。

在中国东北部，松辽盆地绵延约26万平方公里，埋在泥岩、粉砂岩和其他沉积岩层中，拥有丰富的石油资源，支持中国和世界上最大的油田之一大庆油田[Wang等人，2013年a，2013年b]。

松辽盆地也是最大的大陆沉积盆地之一，最大深度超过1万米，保存了白垩纪的连续完整的陆地记录[Wang等人，2013年a]。

SK项目包括三个主要科学目标。

第一个是从收集到的钻芯中组装白垩纪的陆地"金柱"-这是一种新的高分辨率标准，用于将白垩纪陆地和海洋地层联系起来并确定关键的地层边界。

这种边界包括标志着侏罗纪-白垩纪和白垩纪-古近纪（K-PG）过渡的边界，以及当海洋中的氧气水平急剧下降时，陆地对白垩纪海洋缺氧事件的反应。

第二个目标是研究白垩纪陆地气候变化及其与东亚生物演化和灭绝的联系，这将帮助我们了解北中纬度气候对温室驱动的变化的反应。

第三个目标是了解这一大型、长寿湖泊盆地大量积累有机物背后的机制和过程，这将加强我们对大庆油田石油资源的了解。

三个阶段和四个洞SK项目的钻探部分包括三个阶段（图2）。

第一阶段SK-1于2006-2007年完成，在黑龙江省大庆市附近钻探了两个钻孔。

该阶段回收了2486米的岩心，从白垩纪晚期到古近纪早期，其中包括6600万年前的K-PG边界，代表最后一次大规模灭绝和恐龙的死亡[Wang等人，2013年a；Gao等人，2015年，2019年]。

图2：松辽盆地从西北到东南的横断面，展示了该盆地沉积岩的命名层以及SK项目三个阶段的钻孔取心策略。

较大版本搭扣图像。

第二阶段SK-2于2014-2018年在黑龙江省绥化市安达县完成。

SK-2钻探深度为7,018米，是当时ICDP项目钻探最深的，并回收了4134米的核心。

该核心从二叠纪-三叠纪基底岩（约2亿至3亿年前）延伸到白垩纪早期沉积物[Gao等人，2019年]。

总的来说，SK项目的三个阶段已经在整个白垩纪恢复了大约8,200米的陆地沉积物。

第三阶段的钻探，SK-3，于2020年9月在吉林省长春市农安县开始，截至1月底，中白垩纪的陆地沉积物已经恢复了近1600米。

这段时间是过去1.5亿年中最热的时期，包括大约9400万年前的OAE2。

这一事件被认为是地球碳循环的最大扰动之一，当时由于海洋中的氧气水平下降，有机物堆积在海底。

2021年2月，SK项目完成了所有钻探和取芯工作。

三个阶段共回收了整个白垩纪价值约8200米的陆地沉积物。

在地层中解读故事自2006年以来，对SK-1和SK-2岩心的研究取得了许多多学科的科学成就。

为SK-1岩心建立了精确的年代地层框架-基本上是沉积层的时间轴-确定了10万年内的年代。

使用了多种方法来构建这个时间轴：辐射测年（分析不同放射性同位素的衰变率）、磁层地层学（跟踪岩层中保存的磁极的取向）、生物地层学（比较不同地层中特定年龄的化石）和圈地层学（跟踪沉积物中记录的轨道诱导的气候变化周期）[Wu等人，2014年]。

由此产生的年龄模型使松辽盆地的数据与白垩纪世界其他地方收集的沉积记录数据直接相关。

在松辽湖生活的小型甲壳类化石中保存的稳定的碳和氧同位素记录了整个白垩纪晚期的总体冷却趋势和湖泊盆地演化的局部信号[Chamberlain等人，2013年]。

同时，对湖泊和古索尔（古代土壤）沉积物中的沉积结构、矿物成分和稳定同位素的研究表明，在恐龙灭绝之前的过去1000万年中，陆地、湿度和湿度来源的气温发生了巨大的波动[Gao等人，2015年]。

这些发现表明，恐龙灭绝前发生了相当大的气候变化，并促进了目前关于气候变化、火山活动、Chicxulub撞击和大规模灭绝之间的关系的辩论[例如，Hull等人，2020年]。

基于SK岩心研究的发现也引发了关于古海水侵入古松辽湖的问题，证据来自SK岩心间隔中发现的海洋有孔虫和其他海洋有机生物标志物的微化石[Wang等人，2013年b；Xi等人，2016年]。

虽然岩心在这段时间里主要记录了一个古老的湖泊环境，但偶尔和快速的海水侵入可能改变了湖泊水的化学，并促进了缺氧（缺氧）条件下有机物的保存。

根据海洋有机碳埋藏的记录，已知在白垩纪地球碳循环中发生了几次广泛的扰动-以OAES为代表。

然而，直到最近，在这些海洋数据和陆地有机碳掩埋的记录之间还没有发现直接联系。

对早期SK岩心的分析表明，大约8800万年前，也就是最后一个白垩纪OAE的地球化学标记物，与来自西部内陆海道（现在北美大部分地区的浅海）的标记物同时出现，提供了证据表明，这种碳循环破坏确实影响了陆地和海洋[Jones等人，2018年]。

地平线上的新研究这些研究将帮助我们了解地球王国在过去1.5亿年中最热的时期有多热，以及未来在中纬度北部可能有多热。

在最近完成的SK-3钻探阶段对新的核心部分进行的研究将探索关于东亚中白垩纪陆地气候演变的问题，这是过去1.5亿年中最热的时期[O'Brien等人，2017年；Tierney等人，2020年]。

这些研究将帮助我们了解当时陆域有多热，以及未来北中纬度地区有多热，目前全球40%以上的人口生活在北中纬度地区。

这次钻探还将提供OAE2的新陆地记录，其特点是在主要海洋盆地广泛分布海洋黑色页岩，是对全球碳循环的重大干扰。

松辽盆地SK岩心的白垩纪陆地记录将进一步与北美西部内陆海道的对应海洋记录相结合，以更充分地了解地球表面的陆地-海洋联系，例如湖泊是否像海洋一样缺氧[Wang等人，2013年b]。

SK项目团队邀请地球科学界参与对SK岩心的合作研究，这些岩心从侏罗纪晚期持续到古生代早期。

根据海洋科学钻探项目制定的规定，SK岩心可在北京的一个长期储存库中获得，并对来自世界各地的地球科学家完全开放。

我们预计，通过来自不同研究领域的专家的共同努力，松辽盆地8000多米的岩心将阐明恐龙时代的气候系统、生物圈和岩石圈之间相互作用的历史和机制，这是过去1.5亿年来地球上最强烈的温室状态。

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