太阳在地球气候系统的变化中起到重要的驱动作用。太阳黑子周期(~11 yr)属短期太阳活动周期,能够在十年至百年时间尺度内影响地球气候的波动,并有可能被特定的沉积物所记录。但是,太阳黑子周期的地质记录研究多集中在显生宙,前寒武纪却鲜有报道。这可能主要由于适合太阳周期信号保存的条件稀少。此外,在重大的气候事件(如“雪球地球”事件)时期太阳活动周期,太阳活动周期是否还保持一贯稳定也是一个引人入胜的科学问题。
最近太阳活动周期,中国地质大学(北京)“深时生命与环境协同演化”求真研究群体博士研究生李朋波,在汤冬杰副教授和史晓颖教授共同指导下,并与合作者一起,在华南五强溪组纹层石中发现了“雪球地球”启动前夕(~715 Ma)太阳活动信息,并对纹层石的发育保存机制做出了探讨,取得了以下创新认识:
(1)五强溪组纹层石由亚毫米级细砂-粉砂质亮纹层及富含有机质和粘土矿物的暗纹层交替组成。微观结构及成分分析表明其为季节成因的生物纹层石(图1)。亮纹层为形成于冬季到早春时节的物理沉积,而暗纹层则是形成于温暖季节的微生物席。亮暗纹层组成的纹层对代表了一年的时间尺度。
(2)对1434对连续纹层对组成的厚度序列进行频谱分析和演化快速傅里叶变换得出其中含有~11 yr和~22 yr的周期,分别对应Schwabe和Hale太阳活动周期(图2)。陆源碎屑相关元素(如Al、Th)、生物生产力指示元素(如Ba/Ti、Cu/Ti、Zn/Ti)及氧化还原敏感元素(如V/Ti、U/Ti)等的变化中也表现出相似的周期性(图3)。这表明碎屑沉积、微生物生长活动对太阳活动影响的气候变化能够灵敏响应。
(3)五强溪组纹层石中太阳活动信号的保存可能得益于相对平静的下临滨沉积环境、微生物席的保护及早期成岩硅化的共同作用。该记录的发现填补了新元古代太阳活动周期研究的空白,表明在“雪球地球”启动前夕,太阳活动周期仍是稳定的。
图1五强溪组纹层石微生物成因特征
图2纹层对厚度变化的周期性
图3化学元素含量变化的周期性
上述成果发表于国际著名地学期刊《Precambrian Research》:Li, P., Tang, D.*, Shi, X. *, Jiang, G., Zhao, X., Zhou, X., Wang, X., Chen, X., 2018. Sunspot cycles recorded in siliciclastic biolaminites at the dawn of the Neoproterozoic Sturtian glaciation in South China. Precambrian Research 315, 75–91 (IF = 3.907).
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