玄武岩的研究论文

从晶体到气候:“黄金标准”时间线将洪水玄武岩与气候变化联系起来 巨大的哥伦比亚河洪水玄武岩与古代全球变暖有何关联想象一下，太平洋西北部的一座巨大的火山喷发，将岩浆倾泻到华盛顿、俄勒冈和爱达荷州。想象一下熔岩涌出来，直到河谷被填满。直到灌木和灌木被液态岩石掩埋。直到最高的树完全被覆盖。 大约在1600万年前，这发生了。岩浆以脉冲形式爆发，最终将该地区掩埋至30层楼高。如果熔岩不是集中在西北部，而是均匀地分布在48个州，那么它将覆盖全国80英尺深。在此之前，大多数地质学家认为，喷发出所有的熔岩(统称为“哥伦比亚河洪水玄武岩”)需要将近200万年的时间。但普林斯顿大学的研究人员今天公布的研究结果显示，火山爆发的速度是之前认为的两倍多，95%的火山爆发发生在75万年之内。 几个世纪以来，洪水玄武岩一直吸引着地质学家。作为地球上最大的火山事件，它们与大灭绝有关，比如2.52亿年前地球历史上最大的灭绝事件。1600万年前没有物种大灭绝，但大约在那个时候发生了一场重大的气候事件，被称为中新世中期气候最适宜期(MMCO)，这是一场全球变暖事件，伴随着高温和大气二氧化碳水平的升高。 喷发出液态岩石的火山也会释放出温室气体，因此地质学家怀疑玄武岩洪水与MMCO全球变暖事件之间是否存在联系。只有一个问题:在此之前，没有人确切知道哥伦比亚河洪水玄武岩发生的时间。 “为了回答哥伦比亚河洪水玄武岩是否导致MMCO的问题，我们需要尽可能准确地知道火山爆发的时间和气候变化，”地球科学副教授布莱尔·舍恩(Blair Schoene)说。“简而言之，人们不知道哥伦比亚河玄武岩群到底是什么时候喷发的，也不知道喷发了多长时间，这使得人们很难探索与MMCO之间的因果关系，”研究生詹妮弗卡斯伯姆(Jennifer Kasbohm)说。 为了帮助解释火山喷发的规模，卡斯玻姆将2010年冰岛艾雅法拉火山喷发比作火山喷发。她说:“冰岛火山喷发使欧洲机场关闭了一个星期，影响了1000万旅客，接下来的一个月里，航空公司定期中断航班。”“现在想象一下，每8个月就有一次冰岛火山喷发，持续75万年，这样就可以预测出哥伦比亚河玄武岩的喷发速度。” 研究人员在寻找锆石，一种含有微量铀的微小矿物。随着时间的推移，这些天然放射性物质会衰变为铅，因此地质学家可以利用铀的比例来计算锆石的确切年龄。对地质学家来说不幸的是，玄武岩熔岩流像哥伦比亚河洪水玄武岩没有合适的化学成分来制造锆石，所以到目前为止，地质学家不得不接受通过其他年代测定方法产生的超过100万年不确定的年代。“要测试气候和火山爆发之间的因果关系，100万年是不够的，”Schoene说。 研究人员通过观察玄武岩层之间的火山灰层，解决了熔岩中缺乏锆石的问题。火山灰来自附近的喀斯喀特火山(包括圣海伦斯山)，这些火山确实含有锆石，喷发的时间与巨大的熔岩差不多。 在普林斯顿大学的实验室里，Kasbohm和Schoene从1600万年前的岩石中分离出0.1毫米大小的锆石，测量了铀和铅的同位素比例，并将单个熔岩流的年龄限制在几万年以内。她说:“对于这个年龄的样本来说，这种精度基本上是你能用的最好的天文表——尽管一万年前听起来很多——所以我们的方法是黄金标准。” “这是十年或二十年来发表的关于哥伦比亚河洪水玄武岩的最重要的论文，”华盛顿州立大学三城分校(Washington State university - tricities)地质学研究教授斯蒂芬·雷德尔(Stephen Reidel)说。“杰娜和布莱尔值得赞美的思维看锆石火山灰流....之间的床当然，现在我们要回去重新计算所有使用旧时间线或喷发速率的东西。没关系——这是乐趣的一部分。 Kasbohm和Schoene通过更精确的时间线证明了史前气候的变化确实开始于火山爆发的时间，但是还需要进一步的工作来确定它们之间的联系。这个有1600万年历史的气候变化事件是大气中二氧化碳浓度最后一次超过百万分之400——直到最近十年。 卡斯伯姆说:“MMCO可能与我们目前的气候状况类似，而进一步研究这一事件发生的时间和持续时间将会告诉我们更多关于我们如何期待地球从人为气候变化中恢复的信息。”例如，如果在火山停止喷发后的100万年里气候一直保持温暖，就像现在看起来可能的那样，这可能会对预测大气对人类造成的全球变暖反应的时间产生重大影响。 “时间很重要，”卡斯玻姆说，“不管我们是在试图了解地球的过去还是它的未来。用微小的矿物来讲述这些体积庞大的岩石的故事是很有力量的。

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喀斯喀特弧第四纪火山活动地表和地下特征随时间的变化

限制地形和地壳结构的数据分辨率提高，为人们提供了新的定量方法，用以评估火山区省级规模的地表-地下连通性质。研究人员结合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四纪火山口填图数据、表面地形数据和各种地球物理数据集，探究了火山作用与下伏地壳结构之间的关系。结合火山口填图数据库，从该区的数字高程模型（DEM）中提取已知时代的火山机构，估算得出的体积可能占第四纪总喷发量的50％左右。火山机构体积和空间上火山口密度与指示上层地壳影响的各种地球物理数据联系密切。在整个岩浆弧的第四纪火山口下，地下结构变化与火山作用一致的现象很普遍，但与年轻火山口的联系更为强烈。在喀斯喀特山脉中部和南部，地球物理识别的岩浆特征增加，那里的火山喷发量最大，火山口间距很小。火山口和相关的地壳结构，以及空间上局部喷发相对于分散喷发的程度随时间变化，定义了整个弧段横向延伸约100 km的喷发中心，表明岩浆上升随时间变化而发生空间上的聚集。

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Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.

DOI：

doi.org/10.1130/G47706.1

（译者：唐演@CUGB）

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波罗的大陆在苏格兰的遗迹：基底地体在格林威尔造山运动期间的迁移

苏格兰加里东群岛北高地地体（NHT）内的太古宙基底被认为与劳亚大陆的前陆的刘易斯片麻杂岩有关。新的锆石U-Pb年龄表明，NHT基底显示了2823-2687Ma和1772-1655Ma岩浆作用的证据。第一组年龄与前陆太古宙片麻岩的结晶年龄相近。然而，第二个组年龄以及覆盖基底上的岩石单元的形成时间都晚于前陆内发育新生岩浆作用和沉积作用的时间，为其最年轻的主阶段之后的100–250Ma。此外，在NHT基底内没有前陆内常见的古元古代镁铁质和长英质侵入体存在的迹象。因此研究者认为，NHT与劳亚大陆的前陆缺乏对比的可行性。由于存在1100-1000 Ma的东格雷尔榴辉岩，分离前陆和NHT基底的加里东莫因逆冲断层被认为是被改造了的格伦维尔期缝合线。根据新的同位素数据，研究者认为NHT基底是波罗的大陆的碎片，在格林威尔造山运动期间侵位到劳亚大陆，是环北大西洋造山带基底地体迁移的又一实例。

原文链接：

Geology (2020) 48(11): 1094–1098.

DOI：

doi.org/10.1130/G47615.1

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

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加蓬的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件

加蓬古元古代Francevillian序列在全球早期氧化的概念，以及碳同位素值大幅度正向漂移（即Lomagundi-Jatuli事件，LJE）的成因中占据着重要地位。研究人员对一个长139米的Francevillian岩芯进行了详细的研究，岩芯的碳酸盐δ 13 C（δ 13 C carb ）值为5‰-9‰，向上减小趋近于0‰，这一趋势被很多其他研究人员认为是LJE及其结束的标志。然而，本次研究发现δ 13 C carb 值的变化与沉积相的变化相一致：浅海相以强正值为特征，而较深的水域（风暴浪基面之下）为0‰左右。对于δ 13 C carb 与沉积相的相关性，最可靠的解释是，浅海环境记录了局部物理和生物化学过程的同位素效应，驱动周围环境的溶解无机碳（DIC）达到较大值，而较深相中较小值（ 0‰）与开阔海洋的DIC相近，其中δ 13 C在很大程度上不受浅水环境中发生的分馏的影响。此外，海侵氧化还原作用为含锰矿物和化学营养微生物群落的形成创造了条件。其中还包括甲烷循环群落，其有机δ 13 C（δ 13 C org ）值为 47‰，Δδ carb-org 值高达46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定条件，并不是全球碳循环扰动或LJE结束的前兆。

加蓬Lastoursville次盆LST12岩芯Franceville层序的沉积模式。浅水碳酸盐岩（单元I-III）的特点是真光层生产力提高，促使环境中的溶解无机碳的 13 C富集并沉积碳酸盐。随后发生海侵（单元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸盐沉淀为标志，同时在风暴波基面以下的氧化还原层发育锰富集。持续的海侵导致盆地最深处沉积了富含有机质的含甲烷生物群落的泥岩。

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Geology (2020) 48(11):1099–1104.

DOI：

doi.org/10.1130/G47651.1

（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

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砂粒跃移作用对粉砂的产生的有效性测试—对黄土解释的启示

黄土形成所需要的粉砂生成可归因于冰川系统（冰川研磨）和砂质沙漠（跃移诱发破碎）的地质过程。然而跃移作用对大量粉砂的产生的有效性还存在争议。了解沙漠中粉砂产生的潜力对于确定黄土的古气候具有至关重要的意义。为了更好评估风成磨损对粉砂的产生的重要性，该研究在一个设计用于模拟砂粒在25m/s速度的暴风中跃移的装置中进行实验性磨损。该研究与之前的工作与众不同的地方在于（1）长时间保持较高速度的测量强度，（2）清除预先存在的粉砂并设置对照组，（3）根据缩放结果来评估黄土堆积的潜力。根据一定的地质比例缩放实验获得的粉砂产生速率显示，风成磨损产生的粉砂不足以形成具有地质意义上的黄土沉积物。

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Geology(2020) 48(11): 1105–1109.

DOI：

doi.org/10.1130/G47282.1

（译者：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院岩石学矿物学与矿床学在读硕士生徐睿）

14 太古宙和古元古代变质火山岩变质脱水作用中的金迁移

太古宙和古元古代绿岩带中的火山岩十分丰富，被认为是造山型金矿的潜在矿源。然而，金在这些岩石变质过程中的经历却鲜为人知。该研究对加拿大太古宙拉格兰德亚区和芬兰古元古代中央拉普兰绿岩带的一套变质岩石进行了金的超低检出限分析。这两个地区都有丰富的金矿资源，具有发现新的造山型金矿的巨大潜力。这些带中的变质火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性岩浆岩系列，其中原岩中金的含量用绿片岩相样品的金的Zr/Y幂律回归计算。在拉斑玄武岩中，金是相容元素，并随分异作用而减少；而在钙碱性岩石中，金是不相容元素，并随分异作用而增加。质量变化计算表明，在拉格朗德和中央拉普兰进行递进变质作用至形成上部角闪岩相的条件（> 550 ）期间，初始金含量损失高达77%和59%。本研究强调：第一，变质火山岩在太古宙和古元古代绿岩带变质作用中析出金，是造山型金矿床的良好潜在源岩；第二，变质火山岩的含金性受地幔源区和岩浆演化的控制；第三，变质脱挥发分模式可应用于太古宙和古元古代造山型金矿床。

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Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.

DOI：

doi.org/10.1130/G47658.1

（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）

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钙质超微化石将北冰洋沉积物的年代追溯到50万年以前

北冰洋中部更新世沉积物年龄波动较大，给重建古海洋学增加了相当大的不确定性。这个问题的根源在于北极海洋沉积物中记录的令人费解的磁极模式，以及缺乏能够提供校准的生物地层层位或连续的氧同位素地层图的微体化石。研究人员记录了在北冰洋中部的一个海洋沉积岩芯中发现的两个关键的钙质超微化石物种，为50万年以前的沉积物提供了有力的，并且可全球校准的年代界限。起关键作用的物种是颗石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它们在42.4-47.8万年间灭绝，而赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi）则在24.3-30万年间进化。这是第一次在北冰洋中部的沉积物中发现Pseudoemiliania lacunosa的化石。通过岩石地层对比，可以在北冰洋内450多公里的范围内找到含有这些年龄物种的沉积层。它们首次为北极这个区域的更新世沉积物年代学提供了明确的支撑，也为开发和测试其他用于测定北极海洋沉积物年代的地质年代学工具奠定了基础。

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Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.

DOI：

doi.org/10.1130/G47479.1

（译者：黄永慧-中国地质大学（北京））

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加拿大北部科迪勒拉山脉Tintina断层对岩石圈地幔的克拉通凿移的地震证据

位于加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脉（NCC）被划分为几个平行向右滑动的走滑断层，在晚白垩世和始新世之间累积了数百公里的位移。这些断层的深度范围，尤其是Tintina断裂（TF）对NCC岩石圈地幔的地壳构造组合和演化具有重要的影响意义，但是地球物理模型和地球化学数据仍然没有定论。该研究利用最新的三维纵波地震速度模型，解决了位于TF表层轨迹之下的最高地幔深度的一系列锐化的（~10km）纵波速度对比度（~4%）突变。代表了上地幔组构的地震各项异常数据显示在TF附近各向异性的方向和幅度大小发生了相似的变化。这些数据表明TF是岩石圈尺度的剪切带且在沿着TF恢复了430公里处的右侧位移后，纵波的速度快速异常与北美克拉通边缘轮廓一致。该研究认为，目前位于阿拉斯加东部的快速构造异常是Mackenzie克拉通的一块轮廓清晰的碎片，其在晚白垩世至始新世期间被TF凿穿并向西北位移。目前位于NCC南部的第二个克拉通碎片，可能与上地幔深度的Cassiar岩层有关。这些观察首次证明，大型岩石圈尺度的剪切带穿过难熔地幔，并且在世界范围内的科迪勒拉山脉内产生克拉通地幔物质的主要侧向位移的证据。

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Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.

DOI：

doi.org/10.1130/G47688.1

（译者：袁梦）

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金红石中纳米级微量元素团块的地球化学和地质年代学意义

金红石中的微量元素地球化学分析（例如：铅Pb，铀U，锆Zr）通常被用来获取地质事件的性质和时间。但是微量元素的迁移会影响温度和时间的厘定，且其迁移性的主控因素仍存在争论。鉴于此，研究人员使用电感耦合等离子体质谱法和原子探针层析成像表征了西澳大利亚Capricorn造山带中金红石的微米至纳米级微量元素分布。在大于20微米的尺度下，单个矿物颗粒中没有明显的微量元素分异，而且锆石谐和年龄1872 6 Ma（2σ）也没有同位素扰动的迹象。在纳米级尺度下，可以观察到20纳米的富微量元素（铝Al，铬Cr，铅Pb，钒V）团块。团块的 207 Pb/ 206 Pb比值为0.176 0.040 （2σ），说明他们形成于结晶前，可能是区域变质作用的产物。作者认为这些团块是由于上部角闪岩相变质过程中瞬时形成的放射性破坏点捕获流体活动性元素形成的。这种捕获会影响团块中元素体扩散的活化能。团块较低的数量及密度指示了其形成时间，说明变质作用峰值温度持续时间较短，为小于10 百万年的事件。研究结果说明运用微量元素手段判断金红石中的体扩散将比假定其为均一介质时更为复杂。

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Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.

DOI：

doi.org/10.1130/G48017.1

（译者：韩舒筠@CUGB/MQ）

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次年稳定同位素记录揭示的南极洲西摩岛与白垩纪-古近纪界线附近两个灭绝期有关的气候变暖和季节性缺氧

碳酸盐双壳贝类高分辨率稳定同位素（δ 18 O和δ 13 C）增生的贝壳年轮年代学可以提供对了解灭绝期有用的次年环境记录，这种灭绝期通常是快速变化和不稳定的时期。该研究展示了在南极洲西摩岛白垩纪-古近纪界线（KPB）对Lahillia larseni双壳贝类的高分辨率连续采样结果。这些数据突出了δ 18 O和δ 13 C值不规则的两个灭绝期与形成化石的最后时期一致：一个是在KPB，另一个是在明显灭绝事件的15万年之前。由于表现为较低的δ 18 O值，该研究将这两个时期都解释为气候变暖的时期，并且有季节性缺氧，表现为低异常（ 21.6‰至 3.0‰VPDB）的δ 13 C值和高的（2‰至19‰）的季节变化。低氧条件可能是较早灭绝事件的一种引发机制，并可能延长了KPB灭绝后的恢复时间。

原文链接：

Geology (2020) 48(11):1131–1136.

DOI：

doi.org/10.1130/G47758.1

（译者：掉帧青年萧暮春@YU）

美编&校对：覃华清