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內(nèi)容摘要：司圖特冰期記錄和7.2億年前巖漿巖省的古地理分布、相關地質(zhì)年代學數(shù)據(jù)總結(jié)，以及富蘭克林大火成巖省地球化學的空間分帶神秘的地球uux.cn）據(jù)中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所：在新元古代成冰紀，地球表面系

司圖特冰期記錄和7.2億年前巖漿巖省的古地理分布、相關地質(zhì)年代學數(shù)據(jù)總結(jié)，雪球以及富蘭克林大火成巖省地球化學的地球的啟動空間分帶
（神秘的地球uux.cn）據(jù)中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所：在新元古代成冰紀，地球表面系統(tǒng)先后經(jīng)歷了司圖特冰期（Sturtian，億年巖漿巖省7.17-6.60億年前）和馬林諾冰期（Marinoan，雪球6.50-6.35億年前）兩次整個地球幾乎完全被冰雪覆蓋的地球的啟動雪球地球事件。這種極端氣候的億年巖漿巖省誘因及其影響是學界持續(xù)關注的前沿熱點領域之一。
北美約7.2億年前的雪球富蘭克林大火成巖省噴發(fā)，在古赤道附近侵入富集硫的地球的啟動地層，且在時間上與司圖特冰期啟動時間一致，億年巖漿巖省因此其被認為是雪球司圖特冰期啟動的重要因素。具有代表性的地球的啟動相關模型為火山冬天模型和基性巖風化模型。前者認為，億年巖漿巖省冷的雪球背景氣候可以降低赤道附近的對流層頂高度，促使富蘭克林大火成巖省噴發(fā)的地球的啟動SO2可以進入平流層，造成行星反照率突然增加，引起全球降溫；而后者則認為，富蘭克林大火成巖省產(chǎn)生的大規(guī)模基性熔巖持續(xù)風化，推動了大氣中溫室氣體CO2下降到一個可以促發(fā)雪球的閥值。
然而，近期研究發(fā)現(xiàn)，大火成巖省的總面積或者其在熱帶的面積與大陸冰蓋的規(guī)模之間關系微弱。富蘭克林大火成巖省單獨作用是否可以啟動司圖特冰期？如何通過地質(zhì)證據(jù)建立寒冷背景氣候與火山噴發(fā)SO2注入平流層之間的聯(lián)系？這些問題至今仍未得到很好的回答。
除了富蘭克林大火成巖省，其他大陸也可能發(fā)育有約7.2億年前的大規(guī)模巖漿活動。基于細粒沉積巖的Nd同位素和含量的研究，發(fā)現(xiàn)在臨近司圖特冰期之前，華南地區(qū)源自基性源區(qū)風化形成的碎屑組分貢獻率最高可達80%，暗示當時華南很有可能也發(fā)育有較大規(guī)模的基性巖漿活動。因此，查明約7.2億年以前巖漿作用的時-空間分布對深入理解司圖特冰期的啟動機制具有重要意義。
基于上述科學問題和研究思路，中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所楊傳副研究員與中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所李獻華院士團隊等合作，通過高精度地質(zhì)年代學和全巖地球化學的綜合研究，在華南的南秦嶺地區(qū)識別出一個與富蘭克林大火成巖省時代相近的巖漿巖省，稱為湖北-陜西巖漿巖省。
此次華南研究新識別出來的7.2億年前的湖北-陜西巖漿巖省拓展了成冰紀雪球地球啟動前大規(guī)模巖漿活動的時空分布，并且地質(zhì)證據(jù)將司圖特雪球地球啟動之前冷的背景氣候與冰期啟動時期平流層氣溶膠的注入聯(lián)系起來，提供了合理的雪球地球啟動機制。相關研究成果發(fā)表在國際知名刊物《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）上。
湖北-陜西巖漿巖省的主噴發(fā)期時間為7.2億年前，早于司圖特冰期啟動約三百萬年；分布面積至少有10萬平方公里；巖石組合主要包括雙峰式的噴出巖和侵入巖。通過野外地質(zhì)、巖石組合、全巖地球化學綜合研究顯示，湖北-陜西巖漿巖省形成于典型大陸裂谷環(huán)境。玄武質(zhì)巖漿來自不同深度的軟流圈地幔，通過分離結(jié)晶和同化混染形成少量與玄武巖互層的中性巖；同期底侵的基性巖漿提供熱源，引起地殼重熔形成相關的流紋巖。
研究獲得的高精度地質(zhì)年代學、古地理和地球化學數(shù)據(jù)綜合分析顯示：（1）相關的大規(guī)模巖漿活動從7.2億年前開始，持續(xù)到司圖特冰期啟動；（2）這些7.2-7.17億年前的巖漿活動橫跨羅迪尼亞超大陸，從赤道到中緯度地區(qū)；（3）湖北-陜西巖漿巖省與勞倫-西伯利亞大火成巖省的基性巖具有可對比的地球化學組成特征。鑒于巖漿活動年齡和地球化學成分上的一致性、空間分布的廣泛性以及富蘭克林地幔柱的記錄，這些7.2-7.17億年前的巖漿巖省可以用羅迪尼亞超大陸下伏的超級地幔柱來解釋。
另外，研究提出，發(fā)生在司圖特冰期之前幾百萬年的低-中緯度的火山可能增強了全球風化，創(chuàng)造了冷的背景氣候，降低了赤道附近對流層頂?shù)母叨龋偈垢惶m克林大火成巖省噴發(fā)的SO2順利進入平流層，這一鏈式反應最終可能引發(fā)了司圖特雪球地球的啟動。
論文第一作者為地質(zhì)與地球物理所路凱博士，通訊作者為南京古生物所楊傳博士和地質(zhì)與地球物理所李獻華院士，研究團隊還包括地質(zhì)與地球物理所Ross Mitchell研究員、周久龍博士、吳黎光博士和云南大學王選策教授。
論文相關信息：Kai Lu, Ross N. Mitchell, Chuan Yang*, Jiu-Long Zhou, Li-Guang Wu, Xuan-Ce Wang, Xian-Hua Li*. Widespread magmatic provinces at the onset of the Sturtian snowball Earth. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 594, 117736. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117736.