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新疆的气候变化--新疆气象手册(21)第2篇第4章第1节地质时期

已有 829 次阅读 2020-1-18 17:12 |个人分类:新疆气象手册|系统分类:科研笔记

新疆的气候变化--新疆气象手册(21)第2篇第4章第1节地质时期

 20200118《新疆气象手册》的序,前言 ,提要 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208089.html

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4 气候变化

地球气候变化的基本特点是:冷暖、干湿时期交替出现。根据研究,气候存在着100108年不同时间尺度变化,现在为科学界所公认的变化有:① 大冰期气候与大间冰期气候;时间尺度约为106108年;② 亚冰期气候与亚间冰期气候:时间尺度约为105年;③ 副冰期气候与副间冰期气候;时间尺度约为104年;④ 寒冷期(或小冰期)与温暖期(或小间冰期气候):时间尺度为102103年;⑤ 世纪(100年)和世纪以内气候变化。

在研究中,通常把气候变化史分为地质时期、历史时期和近代时期。地质时期气候变化,采用地质沉积物、古生物、古矿物、海陆分布、同位素等进行研究;历史时期的气候变化,采用物候、古人类活动遗址、史书、方志、树木年轮、纹泥、冰芯等进行研究;近代气候变化的研究则主要依据气象、水文观测和各种专门性的观测,如酸雨、尘降、温室气体和污染气体变化等。

地球形成为行星的时间尺度约为50±5×108年,地球气候史的上限,可追溯到20±2×108年。在这漫长的期间,新疆气候的情况如何,它也像现在这样干旱?它有哪些变化?当我们从高山上采集到古芦苇的化石、从戈壁上采集到鱼、30m长的硅化木、颈长15m(世界之最)的恐龙化石时,我们只得承认新疆过去非常潮湿甚至有海存在……。本章就简单介绍从远古至今的新疆气候变化情况。

1 地质时期的新疆气候变化

12


约距今6×108年开始的近4×108年漫长岁月中,新疆大部分是一片汪洋,是大冰期和大间冰期的海洋气候;约距今2.2×108年前的晚二迭纪,新疆已基本形成当今的“三山夹两盆”的地形,仅南部的昆仑海还存在。在大间冰期气候背景下,南疆为亚热带半湿润性气候,而北疆全部为大陆区,形成北亚热带大陆性气候;距今2×106年前,全球进入第四纪大冰期。新疆山地急剧上升,到了全新世海相完全消失,为暖温带干旱气候。

地球古气候史的地质年代表(一)(摘自《气候变迁及其原因》)

 

11 地质时期的划分

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地球古气候史把地质时期又划分为4个大的时期:元古代(和它以前)的无生物时期、古生代、中生代和新生代(每个代再分成若干纪,每纪分若干世)。大约在6×108年前地球上出现了生物,进入古生代。地球在2×108年前进入中生代,有了恐龙; 70×106年前进入新生代。而在60×104年前出现了猿        地球古气候史的地质年代表(二)(摘自《气候变迁及其原因》)

人。地球变化的各

个时期的长度和名称见前表。

12 地质时期新疆气候变化概述        

在漫长的全球古气候变迁过程中,反复经历过几次大冰期气候,即震旦纪大冰期、石炭纪~二迭纪大冰期和第四纪大冰期,这三个大冰期之间是从寒武纪经奥陶纪、志留纪、泥盆纪到石炭纪的大间冰期气候和从三迭纪经侏罗纪、白垩纪、早第三纪直到晚第三纪又一个大间冰期气候。

 

气候变迁示意

新疆塔里木地质时代气候变迁示意图

(虚线为石炭纪~二迭纪〈冈瓦纳期〉冰期,在塔里木没显露)

 

新疆甚至整个北半球与全球古气候变迁过程的最大不同点,就是石炭纪~二迭纪大冰期气候影响不明显,仅在印度找到可靠的冰川遗迹。从图中可以看出地质时期新疆气候变迁的概貌。

13 震旦纪大冰期的新疆气候

震旦纪大冰期发生在距今约6×108年前。(震旦纪是地质年代元古代的末期还是古生代早期,科学界有不同看法。这期间主要岩层为沉积岩,氧为现代O2水平的310%

131 早震旦世的新疆气候

新疆大部分为海域,自北而南:阿尔泰海、天山海、塔里木海、昆仑海。陆地仅准噶尔三角带、塔里木以南陆地,另有伊犁、博乐岛。从沉积特征反映,具有两个冰碛层中间夹有间冰期沉积物,当时有“寒冷相沙岩”,据此推知,震旦纪早期气候寒冷,大面积冰雪复盖,冰川广布,地势起伏,古微生物贫乏。当时气温(以今推古)可达−100℃。

冰期结束后,气候转暖,形成间冰期,冰雪消融,降水增多,从而形成海侵,沉积间冰期碎屑岩,当时气候仍然寒冷,相当现代夏季南极的温度。从间冰期韵律层元素组合知,这时气候应是严寒冰期和寒冷间冰期出现时期。

132 晚震旦世的新疆气候

新疆海域较早震旦世扩大,陆地面积缩小,海陆分布格局相似早震旦纪。该时期有火山喷发,铁矿出现,岩性呈紫红、绛红、砖红色,岩石成分和结构成熟度高,层面常见干裂,表明是在干旱气候条件下形成。有强氧化环境,磷在岩中出现P2O5(矾),可达0.250.5%。晚震旦世海相以碳酸岩沉积为主,其中有石膏薄夹层常出现,表明该时期气温高,蒸发强烈,降水少,大陆冰川融化殆尽,由润湿海洋性气候,转为炎热干旱气候。推测应属于干旱亚热带气候,降水可能在400mm左右。从潟湖沉积知,有粉质砂岩,页岩、水平层理存在,也反映降水量由多变少的干旱状况。此后,又出现冰期,气候变冷。

14 寒武纪石炭纪大间冰期的新疆气候

寒武纪石炭纪大间冰期发生在距今3×1086×108年前。包括五个地质时期,经历3.3×108年。

141 寒武纪的新疆气候

寒武纪又分为早寒武世、中寒武世和晚寒武世。

早寒武世:新疆晚震旦纪末,发生上升运动,使区内海水退出。早寒武世,海水由东西两方向侵入,海陆分布格局与震旦世近似,只是天山几块半岛增大成串珠状。海底火山喷发,形成玄武岩沉积。

新疆寒武纪是温暖的海洋气候。无脊椎动物大量繁殖,有三叶虫,腕足类、漂浮海绵,古介形类,上述多在温度高的海水中生活,少量放射虫在深水低温中生存。海水含磷多,磷矿水温在15℃,气温平均在25℃左右。该时期降水丰富,形成南亚热带海洋气候。

中、晚寒武世:新疆海洋面积在逐步增大,陆面略变小,格局相近。

海相沉积,为动力平静的稳定沉积,海域北为褐红色泥岩,膏质泥岩夹石膏层,晚寒武世增加水平层理发育,有人字形交错层理,层面有冲刷槽,岩性为中厚层状灰岩、泥岩、岩层顶面有浪成波痕,具有风暴岩性。生物有较多腕足类、底栖三叶虫出现,表明气候炎热。

中寒武世,海域有所增大,陆地呈海洋性气候。表现降水量增多,湿度大,风速很大,人字形交错层理。中寒武形成褐红色泥岩,晚寒武有石膏夹层,P2O5、锰、赤铁矿,表明在塔里木海气温很高,降水减少,有强烈蒸发,可能为热带干旱气候,持续期不长。晚寒武世,为热带南亚热带洋性气候,极点已转移。

142 奥陶纪

奥陶纪承晚寒武世海侵,海陆轮廓相似,有的地区海水加深,局部海域稍有扩展。区内海域面积占全区面积80%以上,陆地面积小,有大小不等岛屿,散布于天山海域中,北疆海有火山喷发。寒武纪,欧洲大陆有三个不同的气候带,中国北部也有干燥气候带标志,它一直延伸到志留纪,中间无显著变化。新疆在晚寒武世在塔里木海西北,出现干燥气候标志。

早奥陶世构造环境较宁静,海陆分布格局和晚寒武世近似。天山海海水加深,地壳升幅大,陆源物质增加。生物有三叶虫、头足类、牙形石,腹足、腕足类、层孔石、苔藓虫、双介壳等无脊椎动物。由于环境沉积影响,生物分区明显。

早奥陶世应是暖湿性海洋性气候,降水量比寒武纪增多,推测在2500mm之多,湿度大,太阳直接辐射量偏少,云雾多,年、日较差小,海水温度较暖,适于大量生物繁衍。由于降水量多,河流发育强,带有大量碎屑形成碎屑岩。在冲刷沟槽内,含竹叶状砾屑砂屑,是降水量大的证据。

中奥陶世海陆分布变化不大,只是海侵稍有扩大。北疆海火山活动频繁,西部海水加深。晚奥陶世海陆分布与中陶奥世相似,受上升运动(加里东运动)陆地范围扩大,北疆海火山喷发减弱,不同程度出现碳酸盐类沉积,海水有变浅趋势。

沉积物显示出风暴沉积物,多在塔里木海出现,在西北部灰岩凝缩“龟裂纹”。在浅海中,有砾屑~砂屑灰岩,呈凸镜状、交错层理,顶面有波痕,沉积环境为浊积盐。受风暴浪的影响,形成定向水流作用,形成交错和平行层理。

中晚奥陶世是海洋湿润性气候,降水量丰富,河流发育。风大,有些地方,有强风暴,机械风化作用强,多砂屑,陆源碎屑沉积,还有夹砂屑灰岩,可能由特大风暴引起碳酸盐浊流沉积,矿产有白云岩、石油、铁、锰、磷、岩棉等,表明海温高,有多种属海生物,应属南亚热带气候。

143 志留纪

早志留世海陆陆分布与晚奥世相似,海侵范围小,海水变浅,火山活动减弱。奥陶纪末中加里东上升运动,陆地面增大,如塔北岛升为陆地。

沉积多为陆源碎屑,海生无脊椎动物较少,表明早志留世处于热带,南亚热带海洋性气候,温度较高。当时化石分布最广,多为西欧型,表明海侵来自西部,降水量比奥陶纪减少。

中晚志留纪海陆分布格局和早志留世相近。但塔里木海水变浅,已变为滨海环境。在准噶尔陆地以东,也出现稳定性滨海环境,西部出现深海槽,在天山海西南有较强的基性火山喷发,为洋壳型,含铁质较高。中志留世末,晚加里东运动进一步发展,使北疆海,天山海退出,陆地增大,火山活动加强。中志留世化石少见,无脊椎动物大量繁殖,并有少量鱼类出现。晚志留世无脊椎动物较中志留减少。矿产以铁、铜、磷、石膏、白云岩、沥青等为多。

由上表明,中志留纪降水量丰富,海水温度较高,使海洋生物种类增多,它处于亚热带气候。晚志留世降水量减少,出现高温炎热气候,蒸发量加大,有磷、石膏、铁的矿物,表明气候趋于半干旱区,并且温度很高,近于热带气候。

144 早中泥盆纪(泥盆纪1

晚志留世末,新疆发生晚加里东运动,阿尔泰北部,天山中部、昆仑西部相继上升,形成阿尔泰陆、西昆仑岛,晚志留世伊宁岛、巴仑台岛和星星峡连成一体,形成天山海峡。北疆海域火山活动强,天山地峡以南较弱。昆仑海西部出现昆仑岛。中泥盆世在准噶尔陆地出现浅水海滨区,海侵方向来自西北和东北。

由于环境变化,低湿平原增大,水生向陆生演化植物开始发生,有维管束裸蕨类,早泥盆中晚世,它发展到盛期。海生无脊椎动物繁盛,底栖动物大量发育,表明该时期温暖,降水量多,适于海陆动植物生存。应指出,在柯坪至库鲁达格山一带,沉积物为灰绿色和紫红色,生物化石少,当时为干湿环境交替,不适于生物生存。皮羌一带泥岩、粉砂岩中含石盐薄膜、两层双壳类,表明气候干燥炎热,蒸发强烈,海水盐分高,不利生物生存,该区应是反气旋控制区。

中泥盆世海陆分布承继早泥盆世格局,部分地区海域扩大。裸蕨类在末期很快灭绝,鳞木繁盛,从鳞木生长可知,它有发达气孔,根茎中有空隙,推测当时水汽压很大,气候炎热。早期床板珊瑚大量发育且呈礁,表明气候潮湿,气候较热。晚期,环境变化,床板珊瑚减少,日射珊瑚处于灭绝。中泥盆早期为湿热的热带气候,晚期,变得干旱少雨的亚热带气候。

145 晚泥盆纪(泥盆纪2

中泥盆末期,早华力西运动,使新疆绝大地区变为陆地,仅留有东西狭长的北疆海和天山海,在海域中有火山喷发,陆生植物繁盛。

塔里木区域多为紫红色碎屑沉积,属干旱条件下风沙沉积。此外有紫红色泥岩具龟裂,红色砂岩盐渍化,白云岩盐夹层等等,表明夏季温度在40℃~50℃以上,降水量在1030mm。蒸发量很大,被反气旋高压控制,势力强盛。北疆陆地有石膏层,但未见紫色沉积,表明南疆高温干旱,属热带大陆性气候,比现今气候还要严酷,北疆陆地比现在气候干热。而海域区仍属于炎热海洋性气候,由此,使南疆东部和麻扎塔格山南坡出现许多大片成堆海螺化石,表明早华力西运动,陆面增加火山喷发增温,气候炎热,海洋、湖泊水域减少。泥盆纪为成矿时期,有铁、锰、铜、菱镁矿、石膏等。有些矿物,也反映了气候的变化。

146石炭纪的新疆气候

从寒武纪经过奥陶纪、志留纪、泥盆纪进入石炭纪。石炭纪是新疆地质史上重大变革时期,也是气候变化的最大波动时期。海陆分布和生物分布发生重大变化,由西向东发生大规模海侵,海域面积逐渐扩大并达到最大时期,超过奥陶纪、志留纪、泥盆纪,与寒武纪相近。相应地,陆地面积大大缩小,海域自北而南有:北疆海、天山海、伊犁海、塔里木海、昆仑海等。

石炭纪晚期,塔里木海和昆仑海联通,东南向进入的海侵,使南疆陆地仅剩下位于东南部的塔南陆地岛一隅。在新疆北部,有北疆海、天山海和已经连通的伊犁海,准噶尔古陆地从震旦纪历经古生代的五个纪,至此已全淹沉于海底。

石炭纪的北疆,气候温暖,降水量多,形成高大乔木,为亚热带海洋性气候。南疆南部为热带或亚热带大陆性半湿润气候。石炭纪矿产多铁、锰、铜、煤、石膏、石油等。克拉玛依、乌伦古河、塔里盆地石油、天然气都是这个时代形成,它与该时期火山喷发、海侵,生物群昌盛有关。

15 石炭二迭纪大冰期的新疆气候

石炭二迭纪大冰期发生在距今2×1083×108年。前已说明,这一大冰期对北半球(包括新疆)气候影响很不明显。

151 石炭纪末期与二迭纪早期的新疆气候

石炭纪末期、二迭纪早期,为晚华力西运动,海域大大缩小,陆地增加,其面积约14之比,北疆有北疆海,南疆仅在西部一隅有塔西海和天山海。昆仑海存在且南退。

二迭纪早期北疆海域较大,沉积相为河流、沼泽和山麓火山喷发相为主。南疆大部为陆相、潟湖沉积。生物以陆生植物为主,生物单调,数量不丰。有羊齿组合;匙叶瓦契杉组合,具有年轮;楔叶织羊齿组合,估计,与西欧向东延的干旱带有关。在喀喇昆仑山空喀山口,出现岗瓦纳型冷水动物群,这是岗瓦纳古板块二迭纪后向北运动结果。南疆特别是其西部,属亚热带气候,但降水量减少,蒸发量增强,向着大陆性干旱气候发展。北疆较湿润,仍是亚热带海洋气候。

152 二迭纪晚期的新疆气候

晚二迭纪已基本形成当今的地形,即“三山夹两盆”,且吐鲁番哈密盆地也已形成,仅南部昆仑海还存在,这是末期华力西运动,将三个海褶皱成山。生物群以陆生为主,主要是植物,已有脊椎动物,双壳类、孢粉等,如古鳕鱼、二齿兽群等。矿产有石油、天然气、煤、铜、磷等。南疆仍有昆仑海影响,它为亚热带半湿润性气候,北疆全部为大陆区,降水量巨减,蒸发大,森林逐渐为草原森林代替,形成北亚热带大陆性气候。阿尔金山形成后,潮湿海洋水汽阻挡,已趋于干旱,有石膏层出现。

16 三迭纪第三纪大间冰期的新疆气候

三迭纪第三纪大冰期发生在距今2×1082×106年,包括整个中生代的三迭纪、侏罗纪、白垩纪和新生代的第三纪,共计约为2.2×108年。

161 三迭纪的新疆气候

三迭纪的早三迭世  昆仑海南缩,其余为大陆。由此,进入新生代大陆发展阶段,火山活动停息,沉积为红色泥质碎屑岩。早中三迭世为地史著名的干旱气候广布期,新疆在其内。沉积为山麓相,河湖相沉积。南疆属于热带大陆半干旱气候,降水量在500mm以下,蒸发强烈多在2500mm左右,植被为草原区。岩石中有姜状钙质结核存在,碎屑物为钙质氧化铁胶结。在北疆为暖温带或北亚热带大陆性半干旱气候,降水量400mm左右,为草原区。在河流、湖泊区域多为森区草原区。当时阔口龙、水龙兽赖于草原生存,阔口兽与南非相似,水龙兽相当非洲南部,俄罗斯、老挝、南极为同属。反映冈瓦纳大陆、劳亚大陆有直接陆地联系,应是地史联合古大陆证据。

三迭纪的中晚三迭世  中晚三迭世海陆分布与早三迭世相似。从植物看,比较繁盛,水生物很丰富,当时淡水湖泊,沼泽区多,河流多,反映当时降水量增多,蒸发减少。南疆出现成煤期,估计南疆是亚热带半湿润气候。此时,山区降水量增多,在平原区湖泊数量增多,河流纵横,一片生机,这有利油气生成。晚期,湖水变浅,有网叶蕨,格子蕨植物群,湖水时深时浅,沉积旋回明显,也表明山区降水量变率较大。昆仑山有着生物地理区系:古昆仑北,代表亚热带大陆性气候;古昆仑山以南,为特提斯动物群,代表南亚热带湿润海洋性气候。此外,动物有肯氏兽,植物有孢子,花粉、轮藻、矿物常见菱铁矿、泥灰岩、煤线,这都表征着温暖湿润亚热带气候,降水约9001500mm

162 第三纪的新疆气候

从中生代的三迭纪经过侏罗纪 、白垩纪进入新生代的第三纪。

在侏罗纪的早中侏罗世,新疆气候开始呈现带状分布(形成三个气候带),并有相对应的生物物种。晚白垩世早期,发生全球性海侵,但新疆气候趋于干旱方向发展。晚期,燕山运动相对稳定,缓慢升降。早第三纪的始新世早期,从西部海侵,使塔西海扩大,最东达铁干里克,到了中晚期,受喜玛拉雅山早期运动影响,塔西海大面积消退,块断升降运动加强。到了渐新世,海域大大缩小,陆地增大。晚期,古昆仑山向北挤压,塔里木西南地区上升,海水退出。晚第三纪的中新世中晚期,块断升降运动进一步加强,山地上升,盆地下降。到了上新世,块断升降运动更加剧烈,塔里木盆地有褶皱和断裂,火山活动仅见昆仑山区。沉积物河湖相以灰绿、浅棕、褐红、砖红、黄、棕色砂质泥岩为主,昆仑区有少量石膏及盐岩。新疆气候和相应物种分布为三个带区:

准噶尔及天山区:乔木植物为干旱型杨、柳、榆、槭、白腊等,灌木以麻黄、白刺属、藜蒿含量偏低;应为温带半湿润针叶林—草原型,在北部平原区,有薄石膏层,动物有三趾马、羚羊、长颈鹿、犀牛等。应属温带稀树落叶林—荒漠草原区。

塔里木区:山区有松科,云杉属,山前有榆、鹅耳杩、朴、栎平原有麻黄、藜、蒿属,由植物分布知,应属暖温带山区半湿润气候,平原为半干旱气候。

昆仑区:该区有桦、胡桃、榆、松、雪松、油杉等,矿产、石膏、岩盐矿、磷矿、铜、锰、石油等。属暖温带半干旱气候。

17 第四纪大冰期的新疆气候

第四纪大冰期约从距今2×106年前开始,自第四纪更新世晚,约距今1×104年左右的时期开始,全球进入冰后期。第四纪大冰期,地球大气圈的氧气含量已达现代水平,气温开始下降。

171 第四纪更新世的新疆气候

第四纪为大冰期时间:在高低山都有冰川遗迹,早中更新之交有强烈构造运动,引起山地急剧上升。在中更新期,塔里木东西部均为大湖泊。晚更新期,湖泊萎缩,冰川大规模发育,洪积作用大,湖泊沉积多苍棕、灰褐、黄褐色粉砂岩、泥岩组成。

第一期冰期间冰期:更新世早期可能出一次冰期或冰缘期。从岩相知,有多次的冷暖气候波动。间冰期变暖年平均气温在5℃以上。

第二次冰期间冰期:为包子冬。阿合布隆千佛洞冰期、北疆天山乌鲁木齐、天池冰期,相当中国鄱阳冰期。间冰期年平均也在5℃以上。

第三次冰期间冰期:在台兰河流域中山带海拔24002500m,乌鲁木齐前峡冰期、玛纳斯河哈熊沟冰期。相当中国大姑冰期间冰期。年均温6℃~7℃。

第四次冰期与间冰期:中更新世晚期,青藏高原继续抬升,冰期来临,规模较小,限于天山后峡冰期、天池冰期、台兰河一带,海拔14001700m。相当中国“卢山”冰期。冰期为暖温带丰湿润气候,出现鹿、象、披毛犀等。

第五次冰期间冰期:本期为破城子冰期,海拔19502250m,公格尔山海拔45005000m。相当中国大理冰期。间冰期据沉积物知,为温带干旱气候,北疆为温带~寒温带干旱气候。

更新世五次冰期,二次冰期最冷,四、五期冰期范围小、海拔高。干旱程度加重。三次冰期温度高,降水少。间冰期温度高。

172 第四纪全新世的新疆气候

早全新世海相全消失,湖相增多,冰川大幅度退缩。沉积物分为七类:洪积、冲积、冰碛、湖相沉积、沼泽沉积、风成堆积、新火山堆积。

早全新世为暖温带干旱气候,小冰期出现在晚全新世,开始于公元前10世纪,寒冷气候延续12个世纪,在天山托木尔峰南麓为土格齐小冰期(或称皮牙子金克小冰期)气候寒冷干旱,发育为高山山谷冰川。降水量比现今稍增加,估计小冰期最冷时期相当北疆天山山麓温度,最冷月平均气温约在−10℃~−15℃。

 




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