发育于峨眉山玄武岩的古土壤及其指示的陆相深时古气候

Global environmental change, characterized by climate change, is a great challenge facing the world. Understanding of climate change of the past including deep time (i.e. pre-Quaternary) is definitely critical for forecasting future climate change. Paleosols are basic archive for reconstructing deep time paleoclimate, however, the quantified reconstruction using paleosols is impeded by a few of scientific issues, e.g., absence of parent-material specific function between the pedogeochemical indices and climate agents (such as mean annual precipitation and temperature), and difficulty in identifying short-term variation of terrestrial paleoclimate in deep time. Here an attempt to reconstruct paleoclimte using paleosols interbedded with Permian Emeishan Flood Basalts may provide an excellent opportunity to: (1) apply the quantified relationship between the pedogeochemical indices of basalt-derived soils and climate agents, and (2) trace rapid fluctuations of the terrestrial climate aided by the previously-published data of basalt and tuff ages and the materials for age determination. Furthermore the coupling between the paleoclimate and vocalism as well as the other geological events could be examined while the processes and mechanism of the weathered-crusts-derived ores formation in combination with pedogenesis of basalte-derived soils also be tackled. The study will facilitate to broaden the horizon in pedology and improve the quantitative reconstruction of deep time paleoclimate.

包括气候变化在内的全球环境变化是人类社会面临的重大挑战。科学预测未来气候变化应首先理解过去气候变化的历史，而“深时”（第四纪以前的地质历史时期）古气候重建研究是其重要组成。古土壤是重建深时古气候的主要材料之一，但研究中存在发育同一岩性的土壤地球化学指数与气候因子之间的定量关系研究缺乏、陆相深时古气候短周期的快速波动变化难以捕捉等不足与问题。本项目拟开展对发育于二叠纪峨眉山玄武岩的深时古土壤及古气候研究，既可为基于玄武岩上形成土壤的地球化学指数与气候定量关系提供了实验对象，更可以利用丰富的定年材料和已有数据，尝试定量重建较高时间分辨尺度的陆相深时古气候变化历史，进而探讨古气候对峨眉山大火成岩省等重要地质与环境事件的响应关系以及开展玄武岩风化成土过程与成矿过程关系研究，对拓展和加深土壤发生学的研究、促进深时古气候的定量重建具有科学意义。

深入了解地质历史时期的重大环境变化及其驱动机制，有助于深刻理解地球表层系统和全球环境变化。峨眉山大火成岩省（Emeishan LIP, ELIP）是二叠纪令人瞩目的重大地质事件之一，被认为造成了巨大的环境变化，并由此引发瓜德鲁普统末期生物大灭绝事件。但目前对ELIP引起的环境变化的幅度和持续时间还存在着较大争议，难以准确理解火山活动与其他重大地质事件之间的内在联系。ELIP喷发间歇期发育了大量古土壤，其形成过程直接受控于地球表层的环境，是定量重建火山活动期间地表古环境的绝佳材料。.本项目以大量峨眉山玄武岩夹层古土壤为核心材料，开展了系统的地质年代学、土壤发生学和古气候学研究，通过系统分析与讨论，取得了如下重要成果：（1）利用对古土壤层和火山灰层的锆石高精度定年（CA-ID-TIMS），并结合磁性地层学和牙形石生物地层学，将ELIP的终止年龄重新厘定为~253 Ma，识别出ELIP的两个喷发期，~260.9至~260.2 Ma为主喷发期，大多数玄武岩在这一时期喷发，~260.2至253.4 Ma为衰减期，大多数地点的玄武岩喷发速率减弱，具有长达百万年级别的喷发间歇期，并以发育大量厚层古土壤为特征；（2）通过对典型古土壤剖面和稀土富集地层开展详细的矿物学、地球化学研究，构建了玄武岩风化壳型稀土矿床的成矿模型，（3）利用气候转换函数估算了ELIP地区的年平均温度（MAT）和年平均降雨量（MAP），同时Saf气候转换函数结果表明峨眉山玄武岩衰减期存在幅度约~2–4 °C的气温降低，标志着一次地表气温气候变冷事件，持续时间被约束为~260至~253 Ma；（4）基于高精度地质年代框架下的地表气温变冷、海水温度变化和P4冰期的对比分析，认为峨眉山玄武岩在衰减期的大规模强烈化学风化可能驱动了二叠纪中晚期全球性的气候变冷，随后诱发了P4冰期的形成。