中国西部侏罗纪大气二氧化碳浓度扰动与古气候

As a typical period of the green-house Mesozoic, the Jurassic was in a periodically and rapidly fluctuated climate, even in ice-sheet of the polar region in some time intervals. The Jurassic climate change was mainly verified by marine fossils and sediments from the north hemisphere, but not demonstrated by global terrestrial records. Though there are few continental data achieved to support the conclusions from marine evidences, good stratigraphical sections and climate-relevant sediments documented within the large continental sedimentary basins in West China, provide us a chance to reconstruct the terrestrial paleoclimate and atmospheric CO2 concentration in the Jurassic period. This project is going to make detail observations and descriptions of the climate-related sediments from the sections in the Sichuan-Yunnan, Tarim and Zhunge’er basins, and to take samples for analyses of the clastic composition of sandstones and paleosols, carbon and oxygen isotopes of lacustrine and pedogenic carbonates, and the U-Pb isotope age of both zircons and carbonates. Researches will be carried out on the stages and events of the Jurassic continental climate changes from sedimentary records, West China and on the estimate of atmospheric CO2 concentration from the carbon and oxygen isotopes of pedogenic calcretes. The purpose of the project is persued to establish a high-resolution change curve of atmospheric CO2 concentration based on the better-constrained age, to explore the perturbation of atmospheric CO2 concentration to the regional climate change, and to reveal the contribution of the carbon cycle to the global climate change.

侏罗纪作为中生代温室气候典型代表时期，北半球古海洋记录显示有多期气候波动和相关事件发生，甚至某些时段可能出现极地冰盖。这种变化是全球性还是区域性需要陆地记录予以证实。然而，陆地古气候记录研究成果较为匮乏。中国西部发育大型陆相侏罗系盆地，具备良好的地层剖面和沉积记录条件，适宜古气候研究。拟通过对西南地区川滇盆地多条主干剖面和西北地区准格尔及塔里木盆地辅助剖面的陆相气候相关沉积（如岩相、岩性组份、古土壤、其它气候敏感沉积）研究和年代校正，分析侏罗纪时期中国西部气候及其变化，识别区分气候波动阶段及事件；借助钙质古土壤中的成壤碳酸盐岩（钙质结核、钙结壳）碳同位素比值，定量重建古大气CO2浓度。在此基础上，建立侏罗纪高分辨率大气CO2浓度变化曲线，以期探索古大气CO2浓度扰动与气候变化的关系及其可能贡献，揭示陆地碳旋回在全球温室气候格局下的变化规律。

侏罗纪虽然是深时时期典型的温室气候时期之一，但气候是不稳定且波动变化的。本项研究重点以中国西部典型的大型陆相盆地为例，开展了侏罗纪古气候和二氧化碳浓度重建。.定性气候研究以气候敏感沉积为主要依据。本项工作集中开展了岩相和古土壤分析，辅以碎屑组份指数、蒸发岩、碳酸盐岩、煤、菱铁矿及相关的沉积构造。结果表明，四川盆地侏罗系岩相变化大，但以曲流河、湖泊和洪泛平原岩相组合为主。对于气候敏感沉积而言，以广泛发育钙质古土壤为特征，除了最下部的綦江段和白田坝组下部外，其它层位均有发育。总体上来看，四川盆地的气候在侏罗纪的Hettangian期及Toarcian晚期为相对温湿的气候，其它时期以干旱-半干旱为主。.成壤碳酸盐岩测试分析显示，碳同位素比值主体介于-3.5‰ 和-9.10‰之间，属于正常的成壤碳酸盐岩范围。它可区分为5个变化阶段，其中早侏罗世亦可进一步区分3个次级演化阶段。将之与海洋碳酸盐岩的碳同位素比值进行比较，结果显示二者具有相似的变化趋势，即早和晚侏罗世两种类型碳酸盐的碳同位素比值都偏高，而在中侏罗世时期二者皆偏低。这表明侏罗纪时期全球陆地和海洋碳旋回是一致的。.依据这些成壤碳酸盐岩的碳同位素进行古大气二氧化碳浓度估算的结果显示，侏罗纪大气二氧化碳浓度介于500 ppmV和5860 ppmV之间，是工业化革命前（275 ppmV）的2-22倍（平均值1658 ppmV则是工业化革命前的6倍），变化幅度大体现出了强烈的波动特性。依据浓度变化，侏罗纪二氧化碳浓度可以分为六个演化阶段。将整个侏罗纪大气二氧化碳浓度阶段变化与全球热带海洋表层温度的变化进行对比发现，大气二氧化碳浓度的高低变化与海洋表层温度的升降变化大体一致，即浓度高的早和晚侏罗世对应于海洋表层温度较高的同期，浓度较低的中侏罗世与同期热带海洋表层相对低温阶段可以对照。这一变化体现了全球的大气二氧化碳浓度变化与海水温度的正相关性，即全球古海洋温度是大气二氧化碳浓度的正反馈。