在中国北方、西部主要沉积盆地的边缘地区常见煤层自燃形成的烧变岩,从而形成特殊的烧变岩地貌,其分布广泛,常色彩艳丽,具矿产价值和科研价值,但前人研究涉及较少,对其旅游价值的开发也极为忽视。在多个露头剖面实地调查的基础上,本次研究依据煤层自燃过程、烧变岩空间分布及颜色、地貌成因,将烧变岩地貌划分为烧变丘陵地貌(包括红色烧变丘陵、彩色烧变丘陵地貌和烧变岩披覆山顶地貌)、烧变侵蚀地貌(包括烧变岩沟谷地貌、烧变岩陡崖地貌)、塌陷地貌和黄土覆盖(烧变岩)地貌。其中烧变丘陵地貌和烧变侵蚀地貌是常见的烧变岩地貌,而塌陷地貌主要存在于地腹煤层正在燃烧的地域,黄土覆盖烧变岩地貌是第四纪黄土覆盖烧变岩(烧变岩零星出露或被完全覆盖)形成的特殊地貌。各类烧变岩地貌的形成主要受控于煤层厚度、产状、构造变动、河流溯源侵蚀、古气候等多种条件。烧变岩地貌具有明显的科学价值和旅游开发价值,应予关注。

始新世是理解地球碳循环演变的关键时期,中国东北地区在该时期经历了显著的大气CO₂浓度波动(454~1861 μmol/mol)。尽管这一现象凸显了该区域在碳循环研究中的重要价值,但目前对陆相湖泊系统碳循环行为的认识仍较为有限,相关研究多集中于更新世以来的现代湖泊,对始新世等深时湖泊碳循环过程的系统性探讨仍显不足。本研究综合运用多项地球化学指标,结合碳源-汇通量定量模型,恢复了始新世依兰湖盆在早始新世气候最适宜期(EECO)与中始新世气候最适宜期(MECO)2次热事件期间的有机碳埋藏量与碳排放量,系统揭示了该湖盆的碳源-汇动态及其在区域碳循环中的作用。研究结果表明,依兰湖盆在EECO时期表现出最高的生产力、有机碳埋藏速率以及化石碳氧化释放CO₂通量。尽管热事件期间存在大量碳排放,湖泊通过光合作用固定的净碳量(EECO期间达241 650 Mt)及最终埋藏的有机碳量(EECO期间约4028 Mt)显著高于化石碳氧化所产生的CO₂排放量(EECO期间约1448 Mt)。因此,依兰湖盆在东北地区始新世热事件期间的碳循环中整体表现为“净碳汇”,成为该时期区域气候调节的重要自然载体。

石岛是南海海拔最高的海岛,也是南海现代海洋海岛弱固结高位海滩岩型岩溶重灾区,同时也是生态环境保护和修复工程技术的难点地区。文中报道了逾十年实地调查的发现,指出老龙头、根管石和楔形前积层理大剖面是西沙群岛三大顶级生态景观和珍贵地质遗迹资源。老龙头是全球唯一自然成因龙形石,也是西沙军民的龙图腾。但是,浪蚀、涛蚀、风蚀、高温、高湿、高盐和淡水淋滤溶蚀7种自然力与人类活动导致岩溶毁灭性快速演进,令人触目惊心!虽为不可抗拒之自然进程,却是顶级生态景观之殇。简要阐述了7种岩溶自然力特征,利用铁铝酸盐水泥基材料及其低碱度(pH值为10~11)、抗海水腐蚀、强度越泡越高(抗蚀系数>1)等性能特征,加上独特工程工艺技术实施修复,或可实现老龙头外部增韧、岩体内部原位增强,达到永续传承的修复目标。

古生代植物登陆是地球生命演化史上的重大事件,不仅重塑了地球表层的地貌景观,还对其他门类生物演化产生显著影响。截至目前,不同沉积环境中底栖动物如何响应植物登陆过程,以及对底栖生态系统构建方面的研究仍显薄弱。本研究在搜集和整理全球古生代底栖动物遗迹化石数据的基础上,建立以时间-沉积环境为核心的研究框架,系统对比在植物登陆演化过程中,海陆过渡环境、河流环境和湖泊环境中的遗迹多样性、遗迹歧异度、遗迹阶层和底栖生态系统工程的演化方式,评估底栖动物的行为演化对于植物登陆的响应。结果表明,古生代底栖动物向陆地环境的殖居具有显著的阶段性和差异性, 奥陶纪海陆过渡环境中的底栖动物已开始对植物登陆做出初步反馈,但在河流和湖泊环境中该响应却存在明显滞后,这一差异与植物根系的发育和森林化过程密切相关。总体来看,随着陆地植物对沉积环境中的底质稳定性和有机质等条件的改善,底栖动物逐渐扩展其生态位,生态空间利用和生态系统工程明显增强; 同时,底栖动物通过改造沉积物底质和物质能量流动,对植物陆地化过程产生正反馈作用。除陆地植物这一影响因素外,气候变化、构造运动和海平面波动等环境因素也对底栖动物行为习性演化产生深刻影响。研究成果对理解古生代地球生态系统演化和生物-沉积物相互作用提供了新的遗迹学视角。

Tubiphytes是一类分布范围广、延续时间长的争议性生物类群,被广泛记录于晚古生代至中生代的礁相地层中,具有重要的古生态学价值。贵州省晚宾夕法尼亚世地层中Tubiphytes产出丰富,黔南猴场地区格舍尔期地层中发育有Tubiphytes主导建造的生物礁,为开展Tubiphytes的古生态研究提供了良好的研究对象。古生物学分析表明,晚石炭世Tubiphytes obscurus obscurus Maslov为研究区生物的主要属种,是粘结有孔虫和微生物的集合体。定量分析表明,在研究区的Tubiphytes礁中,单体状的Tubiphytes与Archaeolithoporella和群体珊瑚Ivanovia cf. manchurica存在共生关系,团块状的Tubiphytes与群体珊瑚Ivanovia cf. manchurica及叶状藻类等生物存在竞争关系。Tubiphytes与Archaeolithoporella组成微结壳群落,而微结壳群落及其多期次胶结物共同构成了生物礁的微格架单元,主导了研究区Tubiphytes礁体的建造,而这种以Tubiphytes为主导的微结壳群落建造的礁体在缺乏后生动物的环境中反复出现,是晚石炭世古特提斯洋生物礁系统的重要组成部分。

晚三叠世卡尼期洪泛事件(Carnian Pluvial Episode,CPE,~234—232 Ma)以全球温度和湿度的急剧上升为特征,伴随着海洋和陆地生态系统的显著变化,并与兰格利亚大火成岩省的喷发有关。目前大量有关CPE的研究主要集中在地层约束良好的海相地层中,而陆地生态系统对CPE事件响应过程的研究有限。本研究回顾了CPE期间陆地环境-气候和植物变化的研究现状,并对其潜在驱动机制进行了探讨。几乎同步出现的多次碳同位素负偏移(CIEs)与Hg富集异常(Hg/TOC峰值)和Hg同位素证据,提供了兰格利亚大火成岩省是CPE期间陆地环境、气候和生物显著变化驱动因素的直接证据。兰格利亚大火成岩省喷发释放的大量CO₂引发全球变暖,导致大气环流与水文循环增强,促使全球降雨量增加和气候由暖干转向暖湿。这些变化造成陆地上三角洲和沼泽广泛发育、湖平面上升、化学风化作用加剧、湿生植物和淡水藻类增多、全球聚煤作用再现,以及针叶类植物、恐龙、昆虫、鳄鱼、海龟、哺乳类动物等的起源和辐射。同时,陆地风化作用增强、地表水系扩张及湿生植物与淡水藻类增加,推动了陆地有机碳埋藏量显著上升,这有助于全球聚煤作用重现。而有机碳埋藏量增加和全球聚煤作用再现可对改善全球大气条件形成负反馈,部分抵消兰格利亚大火成岩省释放温室气体引发的温室效应,促使CPE期间环境和气候渐趋稳定,最终致使CPE事件终止。这些结果表明大火成岩省可以以多个脉冲形式发生,并改变碳循环、引起环境和气候变化、驱动生物宏观进化,而全球性聚煤作用则在气候稳定性方面发挥着至关重要的作用。

华南粤北地区泥盆系分布广泛,化石资料丰富,地层发育齐全。通过对该区域岩石地层、生物地层、层序地层和事件地层的综合地层对比,结合粤北连南实测剖面4个沉积相带、3个生物带和8个三级层序的控制,恢复了粤北地区中泥盆世吉维特期、晚泥盆世弗拉期和法门期3个阶段的沉积古地理演化。结果表明,伴随着钦防海槽的打开和扩张,从中泥盆世吉维特期开始粤北地区逐步海侵,形成台盆-台沟交互的洋盆格局,至弗拉期晚期海侵达到最大,自法门期开始逐步海退。该古地理面貌影响了生物礁的分布和时空迁移,在粤北连南地区表现为珊瑚-层孔虫生物礁(吉维特期)→层孔虫生物礁(弗拉期)→菌藻类生物礁(法门期)的变迁。综合分析粤北地区泥盆纪的沉积古地理演化、生物(礁)群落、构造和气候背景,认为构造因素是该地区泥盆纪生物事件与地质环境变化的主控因素,尤其是晚泥盆世F-F事件。

白垩纪发生了许多具有全球性影响的构造和气候事件,这些事件在六盘山盆地也有很好的响应。六盘山盆地白垩系为河流—湖泊相沉积,地层连续性好,分布范围广,尤其重要的是,地层中还保存了完美的狼鳍鱼化石,是研究白垩纪古气候、古环境变化的理想场所。依据沉积学、地层学、古生物学、地球化学等理论,以六盘山盆地白垩系李洼峡组为研究对象,通过有机碳同位素(${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$)、主量元素、微量元素、XRF(X射线荧光光谱分析)等分析测试,对狼鳍鱼化石赋存层位的古气候、古环境进行研究,以揭示其与全球性事件的响应关系。地球化学分析结果显示,李洼峡组岩石样品的${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$结果呈现出3个明显的演化阶段: B3-B7层位急剧负偏(-30.21‰~-27.19‰,幅度3.02‰),B11-B15层位显著正偏(-28.05‰~-24.13‰,幅度3.92‰),B17-B25层位转为振荡式正偏移。化石赋存层位中主量元素Ca、Mg和微量元素Sr、Th相较于其上、下层位呈现显著差异。鱼化石骨骼微区XRF分析显示,Mn、Cr、As、S等重金属和有毒元素显著异常。李洼峡组狼鳍鱼化石层位记录了OAE1a(Oceanic Anoxic Event 1a,大洋缺氧事件)的C3阶段(OAE1a的起始阶段,${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$呈显著负偏),该阶段六盘山盆地表现为炎热干旱、高盐缺氧的沉积环境。狼鳍鱼大规模死亡主要是由于早白垩世火山活动诱发的温室效应导致底层水体形成持续性缺氧环境,同时叠加火山灰中富集的重金属和有毒元素的毒害作用。该研究不仅揭示了六盘山盆地古气候、古环境对全球事件的响应机制,也为理解白垩纪陆相生态系统的气候环境演变和生物灭绝事件提供了关键的地球化学证据和古生物记录。

在二叠纪与三叠纪之交的生物大灭绝事件中,不同水深环境中的生态系演变过程亦存在差异。浅水碳酸盐台地环境水体深度小,聚集了绝大部分的底栖生物,对于环境的变化更为敏感,是了解灾难环境下海洋生态系演化的重要窗口。文中以下扬子浙江长兴地区新发现的潘家庄剖面浅水碳酸盐台地相为研究对象,综合开展沉积学、古生物学与同位素地球化学研究,探讨二叠纪与三叠纪之交浅水环境生态系的演变。结果显示,潘家庄剖面上二叠统长兴组生物碎屑灰岩的顶部发生大规模生物灭绝,伴随着沉积微相从富含有孔虫、藻类的生物碎屑灰岩到凝块石微生物岩的转变,反映出在后生生物大规模灭绝后蓝细菌呈爆发式增长; 同时,无机碳同位素发生了1次显著的负偏。依据上述结果认为,浙江长兴潘家庄剖面二叠纪与三叠纪之交由生物碎屑灰岩相突变为微生物岩相的生态系演变,可能代表了二叠纪末生物大灭绝事件中的单幕式生物灭绝过程。

古元古代叠层石保存的微生物与环境相互作用的构造特征,为解析微生物群落演化与早期环境协同转变提供了关键的生物沉积学证据。本研究以华北五台地区滹沱群北大兴组底部(~2.0 Ga)的分枝柱状叠层石为研究对象,通过宏观—微观多尺度构造特征分析,揭示了其形态特征、控制因素及演化意义。研究结果表明,五台地区北大兴组底部叠层石发育典型的分枝柱状构造,柱体内部保存有周期性交替的明暗纹层及微凝块等微观构造,其中明暗纹层中的明层由微晶或亮晶白云石组成,暗层主要为泥晶白云石,两者交替可能反映了微生物群落对环境波动的周期性响应,而微凝块构造则可能受微生物席降解和微生物钙化的影响。综合宏观形态特征(柱体的倾斜生长、直径变化及空间分布密度的差异)和沉积学特征(频繁的冲刷-侵蚀面、生长间断面及丰富的似球粒)分析,北大兴组分枝柱状叠层石形成主要受控于水动力条件、生长空间、光照条件及沉积物输入通量等关键环境因素的动态平衡,其主要沉积于潮间带下部至浅潮下带,发育环境以中—高能水动力条件为特征,沉积输入通量较低且沉积速率适中,且频繁受到风暴或潮汐作用的影响。