第十二章 古海洋学课件.pptx

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第十二章,古海洋学,第一节大洋盆地的起源和演化第二节古海水的历史,第一节大洋盆地的起源和演化,一、古海洋学概述：

古海洋学利用海洋地质学的研究方法，配合化学海洋学、物理海洋学和生物海洋学等研究结果，研究历史上海洋体系状况及其演化和受控因素的一门学科。

海洋体系：

包括海水温度、盐度、密度以及洋流的发展和演化；底层环流格局的演变历史和影响；浮游底栖生物的地理发展；海洋生产力的历史变化及其对沉积物分布的影响；碳酸钙和硅质沉积的溶解历史；板块构造、地壳运动及其演化历史等。

19681983年的DSDP和1985年至今的ODP在古海洋研究方面取得的成果：

中生代至今洋流格局变化过程及其影响；晚白垩纪以来大洋水温的阶状变冷；大洋和地中海盐度的变化；白垩纪末生物灭绝事件的始末；大洋缺氧沉积特征和意义；新生代大洋海面的变化；海水溶解作用与古CCD线的升降；沉积碳酸盐和大洋生产力变化；综合若干地质事件勾划出新生代古海洋的演化历史。

研究的局限性：

DSDP/OD钻P孔只限于某些区域，难以真正掌握全球信息；岩芯采取率仍不理想；年代精度不够；生物扰动干扰了一些底层顺序；沉积物成岩作用在各地有差异，影响对环境的推断。

研究古海洋学应遵循的指导思想：

将今论古、比较转化的思想方法：

将今论古是把现代环境参数用于古代，以此来分析并解释古代环境，用今天的成果和结论反演古代情况；比较法则是指进行研究时，借助于体系或系列的比较分析来地得出处结论；全球变化思想方法：

分析问题时从全球大尺度的角度加以考虑和分析；,强调动态古地理时空研究的思路：

以运动的方式恢复古地理，强调时空关系，以动态的观点分析古海洋；强调事件地质的研究方法：

每一个异常事件都有其特定的时期和特定的环境，整个海洋演化史就是依靠许多的异常事件串连起来的。

把每一事件的前因后果弄清楚，然后按照时间顺序连接起来就是一部海洋演化史。

古海洋学与现代物理海洋学的差异：

古海洋物理参数的估算是通过间接途径得来，而现代物理海洋学参数是通过直接测量和计算得来的；古海洋学的时间尺度包括几十年、几百年、千年至百万年，而物理海洋学只包括几年甚至当年参数变化的尺度。

二、古海洋环境标志,古水温测定：

氧同位素法古盐度测定：

硼含量法：

海水中硼的浓度变化与盐度呈函数关系，粘土矿物对硼的摄取与盐度成正比，故硼存于粘土矿物和细粒沉积物中。

沉积磷酸盐法：

即SMP法。

在淡水中磷酸根与铁结合成磷酸铁；在咸水中磷酸根与钙结合成磷酸钙。

3.古水深测定,以古生物标志古水深：

肖普夫综合出三种基本方法，1）以某些生物对光合作用的适应能力定水深；2）利用生物的机械适应性定水深；3）利用微体生物的种、群组合定水深。

以沉积物能量带标志古水深：

不同水深波能大小和作用方式不同，由浅至深，可划分成若干个能量作用带和能量分级界面。

以沉积物中某些矿物、沙波底形和粒度参数推断水深。

4.大洋古生产率计算,大洋生产率：

生物在能量循环过程中固定能量的速率，即单位面积海洋，单位时间产生有机质的数量，单位为g/cm2a或g/m2a。

Muller等（1979）根据现代生产率等参数计算沉积时的古生产率公式为：

C有机=0.003RS0.03/s

（1）100,5.古洋流,古洋流和现代洋流一样包括表层环流、上升流和底流，但研究方法不同：

古表层流的研究：

古地理模拟法；古生物古地理调查分析法。

古上升流的研究：

硅藻壳特别富集；生物的相对含量变化。

古底层流的研究：

利用水下沉积底形及其沉积构造研究；利用侵蚀印痕研究底洋流；粒度组分。

三、原始海洋和前中生代的大洋演化,

（1）DSDP/OD表P明，海底沉积层的年龄均不超过170Ma，现有格大洋洋底是近200Ma以来海底扩张的产物；

（2）最古老的沉积岩见于格陵兰西南部伊苏瓦地区，年龄约3800MaB.P；（3）大洋水是漫长地质历史中地球内部随火山排气作用的产物，在距今2500Ma前，海水的体积已颇具规模；（4）海洋动物群见证海洋演化。

第二节古海水,一、白垩纪末的生物灭绝事件白垩纪末，世界上共有生物2868个属，至第三纪初期，只剩1502个属，这一现象称为生物灭绝事件。

（一）灭绝事件的研究“陨石撞击地球说”,该假说的论据：

粘土层中铂族元素剧增；粘土层中石英晶体的分子结构特征证明曾受到过高压作用（即星体撞击）；陨石撞击地球时会释放巨大的热量；小行星撞击地球，可扬起大量尘埃，散布于大气圈内数月不散，植物光合作用受到抑止，引起食物链的崩解，危及一系列生物；陨石撞击地球释放的能量足以使大洋表层50cm深的海水以及大气圈对流层下部的温度上升510；水蒸气的温室效应也使气温升高。

二、白垩纪古气候与新生代降温事件,

（一）始新世末至渐新世初的降温事件古海洋第一降温事件：

始新世晚期，水温急剧下降,据ShackLeton等（1975）研究，西南太平洋亚极地海域水温从早始新世的20，至中始新世骤降至13，晚始新世低达11，即始新世渐新世之交的急剧变冷时期，距今38Ma。

（二）中中新世的变冷事件第二降温事件,进入中新世中期的大洋第二次较大规模的变冷时期，距今14Ma左右。

东南极大陆冰块形成，海冰进一步扩展。

北极也出现冰盖。

Kennett（1975）认为，至晚中新世，大洋底层水温已接近冰点，东南极冰盖扩大至大陆海岸，其规模已与目前接近。

南极冰盖形成后一直延续至今，全球气候再未恢复到早中新世的温度。

（三）上新世晚期和第四纪的第三降温事件,中中新世的水温降低事件，延续时间较久，直至晚中新世还有下降。

上新世早、中期有短时期增高，南极覆冰有明显退缩，并导致海侵。

上新世晚期，气候复又转冷，海水表层温度明显降低，即新生代第三次大规模降温时期，从距今3.2Ma开始，其重要标志是北半球冰川的发展和冰盖的形成。

三、海平面变化与海侵海退事件,引起海面升降的因素：

海洋水量的变化；构造使洋盆容积变形引起海面变化；沉积物填于洋盆，使洋面上升，按现代速率每1Ka可使海面上升4mm，每1Ma升40m；冰川、水和沉积物的均衡作用使洋底下降，容积增大，从而引起海面变化；水温和盐度的变化引起海面升降。

四、古洋流的演变,

（一）现代洋流洋流是指大洋海水大规模的非周期性的水平或垂直运动。

表层洋流称为环流，包含流速、流向和流量三个参数。

现代洋流的流向受控于全球风系，科氏力、惯性力和补偿力，温、盐、密分布以及地形等五个因素；垂向环流主要是上升流；底流是由极地冷水团引起的沿洋底流动的海水。

（二）古洋流格局的演变,1.第一次洋流事件距今38Ma的大规模降温事件，使南极冰川到达海边。

南极周围形成冷水团，该冷水团顺洋底向北移动，形成由高纬向低纬的垂向环流。

环流的建立使白垩纪以来主要由大洋盐度驱动型环流转变成由温度驱动的环流，从而增强了底流的动力侵蚀和化学溶蚀作用，这使多处洋底被冲成沉积间断。

2.第二次洋流事件绕南极环流的形成,在始新世澳大利亚与南极洲分离，但南美洲与南极洲间、南极洲与塔斯马尼亚岛间仍有狭窄陆地相联，故环南极流尚未形成。

早渐新世，塔斯马尼亚海峡开通，使南印度洋高纬地区的较冷表层水流入罗斯海。

而在此以前，罗斯海主要受较暖的东澳大利亚洋流的影响，故表层水温很低。

新的冷水进入罗斯海，使水温降低，形成海冰，并产生地层冷水。

南美洲与南极洲间的德雷克海峡于晚渐新早中新世开通，在极地东风影响下形成绕南极环流。

3.第三次洋流事件,巴拿马海峡形成后，赤道暖流（古特提斯洋暖流）被分隔成数块，形成现代的环流格局，从而增强了各大洋南北向的热量交换，进一步影响了世界气候。

4.第四次洋流事件,起源于冰岛法罗海脊的沉没，其是自格陵兰经冰岛和法罗岛至挪威的一条水下海脊。

始新世晚期：

海脊成北冰洋与北大西洋之间的屏障，阻止北冰洋冷水流入北大西洋；渐新世末期：

海脊部分断落沉没于海面之下，北大西洋表层水得以注入挪威海。

中新世中期：

海脊全部沉没于海面之下，北冰洋的高密度海水流进大西洋乃至世界大洋。

五、缺氧沉积和大洋缺氧事件,海洋缺氧沉积与古海洋环境密切相关，海底有机碳的大量堆积与保存必须具备两个条件：

一是上层海水的生物生产率很高，大量有机质源源不断地沉落到海底，沉积速率很高；二是地层海水缺氧，堆积在海底的有机质不能被有效地氧化，得以保存下来。

六、古海洋CCD线的升降史,

（一）CCD线与海洋环境的关系CCD线又称深海雪线，海底一定深度之上存在碳酸盐沉积，而在此深度之下碳酸盐全部融解并保存下来，这个深度即碳酸盐补偿深度。

（二）CCD升降史及其事件四次CCD升降事件,白垩纪时CCD线较浅，一般在3600m之下；渐新世三大洋的CCD线变得很深；中新世的CCD线又普遍变浅；到距今1015Ma，CCD线又回升到3700m；晚中新世至今，各大洋的CCD线一直在急剧增深，目前估计在45004900m，成为地质历史上CCD线的最大深度时期。

七、大洋古盐度与地中海盐度危机事件,

（一）大洋古盐度海水盐度取决于以下因素：

蒸发与降水的关系、结冰与融冰、陆源河水汇入、洋流运动等。

盐度大小变化的作用：

影响海区生物属种变化，进而导致生产力改变；影响海水成分、沉积速率变化，进而影响沉积层厚度；影响气候环境的变化。

（二）地中海盐度危机事件气候变冷，海平面下降，导致许多边缘海干涸成孤立的湖泊。

地质时期，地中海曾多次与大西洋隔离，变成湖泊，沉积了蒸发岩。

1970年DSDP在地中海的钻探揭示其厚度达1000m以上，其间夹有海相沉积层。

蒸发盐层形成于一个短暂的时期，属于中新世最晚期墨西拿期至上新世早期，这一事件意味着地中海曾一度干涸，致使地中海的海洋生物濒于灭绝，故称为盐度危机事件，也叫墨西拿事件或麦申事件。