为地球演化设定天文时间 当前位置> 首页 > 北地印象

 时间是日常生活中既熟悉又抽象的概念。人们对时间的直接感受来自天文观察,形成了与地球自转、月球绕地球公转、地球绕太阳公转周期相关的日、月、年的概念。
      时间也是认知地球演化过程中绕不开的重要维度。地球诞生已有46亿年,人们显然不能用日常生活中的计时单位对其进行标定。如何为地球演化精确设定时间一直是地质工作者面临的巨大挑战。
      在地质学发展早期,人们主要根据生物进化不可逆性原理,将古生物化石作为确定地层形成时间的先后顺序的定性指标,例如,含三叶虫化石的地层要早于含恐龙化石的地层。但这一方法显然不能提供地层的高精度绝对年龄。
      经过近百年的努力,基于放射性元素核衰变规律的同位素测年法成为了获得高精度绝对年龄的基本方法,如铀-铅体系测定的地质年代精度可达0.1%,其基本单位为百万年。但这样的时间分辨率对人们来说仍然太过模糊。
      天文年代学方法为进一步提高地球演化的时间分辨率带来了可能。在太阳系中,地球围绕太阳公转椭圆轨道的“扁度”——偏心率、地球自转轴倾斜的角度——地轴斜率和地球自转轴呈陀螺般的进动——岁差均会发生周期性变化。偏心率、斜率和岁差三者又称为地球轨道参数,偏心率具有40.5万年和10万年周期,斜率具有4万年周期,岁差具有2万年周期。地球轨道参数的周期性变化,会导致地球表层接收到的日照量发生相应变化,进而使气候发生周期性变化,如冰期/间冰期的重复发生。
      沉积地层能客观记录地球气候变化过程。因此,人们在野外观察到的地层厚度或指示古气候变化的生物、化学、物理指标的韵律性变化,如果被确定是由地球轨道参数变化引起的,那它们就有了时间的意义,可为我们提供与地球轨道参数周期对应的连续时间标尺。对于第四纪,人们常用2万年的岁差旋回进行天文计时;对于中生代和古生代,人们常用最为稳定的40.5万年的长偏心率旋回进行天文计时。
      近年来,我校(www.88必发.com)天文年代学团队一直致力于在各个重要地质时代的不同沉积环境中寻找天文旋回信号。他们通过获取大量能反映古气候变化的指标,识别沉积地层中保存的偏心率、斜率和岁差信息,从而为地球演化历史中发生的各种事件提供分辨率为万年尺度的时间标尺。目前,他们已在晚古生代和白垩纪天文年代相关研究中取得了突破性进展:
      一是在中国南方约3.32亿年至2.52亿年前的石炭纪和二叠纪地层中发现了地球轨道力驱动的米兰科维奇旋回,利用长偏心率旋回建立了天文时间框架,约束出二叠纪末期生物大灭绝事件持续时间大约为8万年,成功实现了国际地质年代表的天文年代校正工作由中生代向古生代的延伸,对构建古生代高分辨率时间标尺和深入理解古生代气候、环境和生命变化的轨道控制因素均具有重要的科学意义。
      二是在松辽盆地及邻区的陆相白垩纪地层中确定了天文驱动的沉积旋回,建立了时间长达2800万年的天文年代标尺,完善了松辽盆地的高精度年代格架及其与同时期海相地层的对比方案,对认识温室气候下陆地环境对全球气候的响应提供了高精度年代约束。
      目前,他们仍在各个重要地质时期的沉积记录中深入开展相关研究。他们相信,随着实验技术和研究水平的不断提高,通过不同地质年代学方法之间的相互标定、校正和整合,终能为地球演化设定更高分辨率的天文时间。