华北盆地石炭二叠纪森林沼泽野火的证据及其古气候效应

Wildfire of forest moor and peat is not only an important event in geological time, but also occurred more and more often in the present day, and the relationship with mankind is getting closer and closer. Wildfire consumes oxygen, and releases CO and CO2. Wildfire also increases the temperature of atmosphere and the earth’s surface, and influences mankind and ecosystem. Frequent attempts for reconstruction of Permo-Carboniferous ecosystems have been made in the past. The evidences for widespread wildfires during the Permo-Carboniferous period have been reported in the Gondwana. However, wildfire in the North China Basin has not been studied in detail. The North China Basin is the largest coal-bearing basin in China with an areal extent of 800000 km2. Wildfire would have played an important role for paleo-ecosystem if it is widespread. Therefore, this project is not only important for the paleoclimate study of the Permo-Carboniferous period, but also for dealing with the current global warming and the impact of earth system changes on human society.

森林沼泽野火（wildfire）不但在地质历史上是非常重要的事件，而且在当前发生越来越频繁，与人类的关系越来越密切。野火消耗大气中的氧气、排放一氧化碳和二氧化碳、释放的热能提高地表和大气层温度、改变地表气候和影响动植物生长。前人的研究结果表明森林沼泽野火在石炭二叠纪广泛存在，特别是在冈瓦纳大陆。但是，有关华北盆地石炭二叠纪野火的成因、规模、证据、地域上的分布特征、时间上的演化规律，及其对古气候的影响，还没有人做过系统、全面的研究。仅仅有人在个别煤矿和个别煤层发现过野火的证据。华北盆地面积超过80万平方公里，石炭二叠纪时期生物繁茂，因此，如果存在广泛的野火将会对当时的地球系统产生重要影响。此项研究不但对了解石炭二叠纪古气候的演变具有重要意义，而且对于应对当前的全球气候变暖、了解地球系统变化对人类社会的影响具有重要的现实意义。

本课题以华北盆地10个煤田的主采煤层为研究对象，采用宏观煤岩观察、煤岩显微组分定量、惰质组反射率测定、细胞壁均质化程度观察、多环芳烃化合物鉴定等测试方法综合研究华北盆地石炭-二叠纪煤层沉积期间古野火证据、古野火类型及其古气候意义。为了更好地了解华北盆地地球系统演化，同时与陆相环境为主的侏罗纪进行了对比研究。取得的主要成果与认识如下：.古野火存在的煤岩学证据。Charcoal是指示古野火事件的可靠标志物。前人研究表明Charcoal等同于宏观煤岩中的丝炭和显微煤岩中的主要惰质组（微粒体和菌类体除外）。在本次研究煤样中丝炭层常见，华北盆地石炭-二叠纪煤中惰质组含量为17%-51%，平均含量为36%，在显微镜下观察到大量的燃烧成因丝质体和Natural char指示华北石炭-二叠纪泥炭沉积时期发生过广泛的古野火事件。惰质组含量在纵向上表现为先低后升高的趋势，惰质组含量高的煤层野火发生频率更高。.古野火存在的分子标志物证据。燃烧产生的分子标志物最具代表性的为多环芳烃（PAHs）类化合物，四环以上的多环芳烃基本上为燃烧产物。在所有煤样中均检测出了较高含量的四环及四环以上多环芳烃，部分煤样检测到典型的高温燃烧产物六环芳烃—晕苯。燃烧成因的多环芳烃化合物同样指示华北盆地石炭-二叠纪泥炭沉积期间发生过广泛而频繁的古野火事件。.各个煤田的野火类型不同。大多数煤田古野火类型以中低温的地表火为主。根据惰质组反射率与燃烧温度的关系计算出燃烧时的温度集中在400℃-500℃左右。因此，石炭-二叠纪泥炭沉积时期发生的古野火以中低温的地表火为主，高温火频率较低。而在禹州煤田的二叠纪，树冠火也很强烈。.根据煤中惰质组含量与大气中古氧气含量的公式计算出华北盆地晚石炭-早二叠世泥炭沉积时期大气中古氧气含量为25-29%，高于现今的氧气含量21%。最后提出了华北盆地晚石炭-早二叠世期间古野火对古环境影响机理的模式。