全球早白堊世大規(guī)模巖漿活動(dòng)、鐵礦床形成及與氣候變化的可能耦合關(guān)系*

王文博 蘇尚國(guó) 王娜 李瑞鵬, 2

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2.深圳云創(chuàng)瑞誠(chéng)數(shù)據(jù)科技有限公司，深圳 518101

地球系統(tǒng)科學(xué)是將全球大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈作為相互作用的大系統(tǒng)，研究圈層與圈層之間的物理、化學(xué)、生物過(guò)程，其時(shí)間尺度自數(shù)年、數(shù)十年、百年至數(shù)百年(Kump, 2010)。地球系統(tǒng)科學(xué)是當(dāng)今地球科學(xué)的研究前緣以及研究熱點(diǎn)(侯增謙, 2010; 莫宣學(xué), 2019)。

白堊紀(jì)時(shí)期的地球系統(tǒng)是整個(gè)地球歷史中變化最劇烈的時(shí)期之一。期間發(fā)生了眾多重大地質(zhì)事件，如大規(guī)模巖漿活動(dòng)(Larson, 1991; Jones and Jenkyns, 2001)、大洋缺氧事件(Schlanger and Jenkyns, 1976; Jenkyns, 1980)、大洋富氧事件(Huetal., 2005; 王成善和胡修棉, 2005)、白堊紀(jì)全球極熱事件(Huetal., 2020)、超靜磁帶出現(xiàn)(Helsley and Steiner, 1969; Croninetal., 2001; 史瑞萍等, 2002; Zhao, 2005)、中國(guó)東部大規(guī)模巖石圈減薄(Perryetal., 1988; 鄧晉福, 1988, 2006; Daley and DePaolo, 1992; Platt and England, 1994; Turneretal., 1996)、白堊紀(jì)末生物集群絕滅事件(Walliser, 1996)，等等。這些事件之間有怎樣的成因聯(lián)系？是如何相互制約？為此我們選擇早白堊世時(shí)期發(fā)生的各種地質(zhì)事件，探討重大地質(zhì)事件的觸發(fā)機(jī)制和發(fā)生過(guò)程，從地球系統(tǒng)科學(xué)角度，探究早白堊世時(shí)期地球深部過(guò)程、溫室氣體的釋放以及氣候變化的耦合關(guān)系。

1 中生代火成巖時(shí)空分布

1.1 中生代中國(guó)火成巖分布

大部分學(xué)者認(rèn)為大規(guī)模巖漿活動(dòng)與巖石圈的減薄有關(guān)，且很早就有人對(duì)此問(wèn)題作了討論，鄧晉福等(1996, 2006)、吳福元和孫德有(1999)、吳福元等(2000)對(duì)中國(guó)北方臺(tái)地演化史的分析表明，燕山期中國(guó)東部巖石圈開(kāi)始大規(guī)模減薄，最大巖石圈減薄開(kāi)始于130Ma之后，結(jié)束于110Ma或100Ma。中國(guó)東部大規(guī)模巖漿活動(dòng)最早始于侏羅紀(jì)(約180Ma)，分別位于張廣才嶺-小興安嶺和大興安嶺北端(鄂霍茨克)，張廣才嶺-小興安嶺最早結(jié)束；當(dāng)張廣才嶺-小興安嶺結(jié)束時(shí)，正是華南大規(guī)模巖漿活動(dòng)峰期(和巖石圈減薄最大)時(shí)間(160Ma左右)；而當(dāng)華南大體結(jié)束大規(guī)模巖漿活動(dòng)時(shí)，華北-大興安嶺才開(kāi)始大規(guī)模巖漿活動(dòng)(150～125Ma)；136Ma之前，鄂霍茨克山脈垮塌了，再過(guò)10Myr，中國(guó)東部高原才垮塌；這之后，沿東部沿海又興起一次大規(guī)模巖漿活動(dòng)，終止于早白堊世晚期(張旗等, 2009)。

我國(guó)中生代大火成巖省分布如圖1所示。

圖1 中生代中國(guó)火成巖分布圖(吳福元和孫德有, 1999; 吳福元等, 2000; 張旗等, 2009; 鄧晉福等, 2016)

1.2 早白堊世中國(guó)火成巖面積、體積估算

中國(guó)東部中生代發(fā)生了大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，早白堊世是巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈的時(shí)期。

1.2.1 張廣才嶺-小興安嶺火成巖區(qū)

位于興凱地塊-那丹哈達(dá)地塊和松遼盆地東部(松遼盆地大部分底部可能屬于火成巖區(qū))之間。南北長(zhǎng)約1200km，東西寬約500km，面積約60萬(wàn)km2。在中侏羅世早期(180～160Ma)發(fā)生了較大的巖漿活動(dòng)和巖石圈減薄，巖石圈減薄后最小厚度約為30km。

1.2.2 鄂霍茨克火成巖區(qū)

大部分位于蒙古和俄羅斯境內(nèi)，長(zhǎng)約2500km，寬約為600km，面積約為150萬(wàn)km2。估計(jì)巖石圈減薄是在180Ma之后開(kāi)始，在136Ma前結(jié)束。巖石圈減薄后最小厚度約為50km。

1.2.3 華南大火成巖區(qū)

主要分布在湖南、江西、福建和廣東四個(gè)省，呈北東-南西向，長(zhǎng)寬約600km×1200km，面積約70萬(wàn)km2。巖石圈的減薄開(kāi)始時(shí)間大約為160Ma，結(jié)束于150Ma之前，巖石圈減薄后最小厚度約為30km。

1.2.4 華北-大興安嶺火成巖區(qū)

該火成巖區(qū)從黑龍江北部一直到長(zhǎng)江中下游，是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的中國(guó)東部最大的火成巖集成區(qū)，面積>360萬(wàn)km2。該火成巖區(qū)形成的時(shí)間約為150～125Ma，與此同時(shí)巖石圈變薄至最小，在華北約為70～50km，在大興安嶺變化比較大，從超過(guò)50km至約30km，北端與鄂霍茨克南部山脈重疊，少量埃達(dá)克巖出露于該火成巖區(qū)南部的林西一帶(呂志成等, 2004; 張永北等, 2006)。

1.2.5 東部沿?；鸪蓭r區(qū)

該火成巖區(qū)是巖漿活動(dòng)多期次的產(chǎn)物，其中白堊紀(jì)早期巖漿活動(dòng)最為劇烈。在時(shí)代上，近EW向的火山巖帶形成時(shí)間約為180～170Ma，是中國(guó)東南地區(qū)晚中生代大規(guī)模巖漿活動(dòng)的開(kāi)端；近NNE向早白堊世火山巖帶約在130～90Ma形成，是中國(guó)東南地區(qū)晚中生代大規(guī)模巖漿活動(dòng)和成礦作用的頂峰期。該火成巖區(qū)可分為兩段：南段位于江西、浙江、福建和廣東四個(gè)省，北段包括蘇魯遼東部沿海地區(qū)，南北兩段總面積大概是70萬(wàn)km2(如果除去江西和廣東地區(qū)，則大概是36萬(wàn)km2。

各大火成巖區(qū)面積和體積估算請(qǐng)見(jiàn)表1。

表1 中國(guó)東部中生代火成巖面積及體積估算表

早白堊世時(shí)期中國(guó)東部火成巖主要分布在華北-大興安嶺火成巖區(qū)和東南沿?；鸪蓭r區(qū)。在該段時(shí)期內(nèi)大致形成了約396萬(wàn)立方千米的火成巖。這些火成巖的形成致使大氣中含氧量降低、二氧化碳含量急劇上升，地球氣溫升高并進(jìn)入溫室氣候階段(Wignall, 2001)。

2 早白堊世中國(guó)鐵礦床成因類(lèi)型

我國(guó)鐵礦床的類(lèi)型非常齊全，成礦時(shí)代在太古宙至中、新生代都有發(fā)育，主要有七大類(lèi)型。本文主要討論早白堊世時(shí)期形成的巖漿型鐵礦床、玢巖型(與火山-侵入活動(dòng)有關(guān)的鐵礦床中的陸相火山-侵入型鐵礦床、少量海相火山-侵入型鐵礦床)及矽卡巖型(接觸交代-熱液型鐵礦床)鐵礦床(崔立偉等, 2012)，如圖2所示。

圖2 早白堊世中國(guó)鐵礦分布圖

2.1 巖漿型鐵礦床

該類(lèi)鐵礦床與基性、基性-超基性的巖漿侵入作用有關(guān)，由于該類(lèi)鐵礦中含有豐富的釩和鈦，故通常稱其為釩鈦磁鐵礦礦床。按照其成礦方式可以把該類(lèi)鐵礦床分為巖漿晚期貫入型鐵礦床和巖漿晚期分異型鐵礦床兩類(lèi)(謝承祥等, 2009)。部分巖漿型(巖漿晚期貫入型)鐵礦床形成于早白堊世，分布于北京昌平上莊和薛家石梁一帶，如上莊鐵礦床(～129Ma)中的鐵礦石主要以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、晶狀體或塊狀礦石層的形式賦存于橄長(zhǎng)巖上方的輝長(zhǎng)巖下部。網(wǎng)狀礦石(50vol%～85vol% Fe-Ti氧化物)和塊狀礦石(>85vol% Fe-Ti氧化物)含有不同比重的橄欖石、斜長(zhǎng)石、黑云母和角閃石。塊狀和網(wǎng)狀礦石中的氧化物呈顆粒狀，鈦磁鐵礦約為70%，鈦鐵礦約為25%，鎂鋁尖晶石約為5%。Fe-Ti氧化物礦石中橄欖石含有約在70.5%至81.5%之間的鎂橄欖石(Fo)，而閃長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖中的鎂橄欖石含量在64.5%至74%之間。Ni的濃度比較低，在bdl(<79×10-6)至660×10-6范圍內(nèi)變化。氧化礦石中的鈦磁鐵礦比硅酸鹽巖石中的鈦磁鐵礦(6.2%～10.9%)含有更高的TiO2(6% TiO2)。與硅酸鹽巖相比，氧化物礦石中的鈦磁鐵礦還具有較高的MgO、Al2O3和V2O3、有較低的Fe3+/Fe2+。氧化物礦石中的鈦鐵礦具有>51%的TiO2、3.3%～8.6%的MgO和低的Fe3+/Fe2+比值，而硅酸鹽巖中的鈦鐵礦包含<51%的TiO2、0.06%～3.3%的MgO和高的Fe3+/Fe2+比值(Liuetal., 2015)。

2.2 玢巖型鐵礦床

玢巖型鐵礦床主要為與陸相火山-侵入作用有關(guān)的鐵礦床，該類(lèi)型鐵礦床多與中偏基性或中酸性火山巖有關(guān)，且與火山巖、次火山巖有成因上的聯(lián)系。主要形成于玢巖體內(nèi)部或火山碎屑及周?chē)佑|帶中，成礦時(shí)代為早白堊世。主要分布在寧蕪-廬樅地區(qū)，常稱之為“玢巖鐵礦”(汪國(guó)棟和宋雄, 1996)，如寧蕪-廬樅成礦區(qū)的泥河鐵礦。這種鐵礦床主要是由硫鐵礦、磁鐵礦和硬石膏組成，這三種主要組分共同形成共生的隱伏礦床。在橫向上，礦床的東北部主要是硫鐵礦，西南部主要是磁鐵礦，而介于二者之間的中部則主要是硬石膏。在垂直向上，下部主要是磁鐵礦，上部則為硫鐵礦和硬石膏。其中磁鐵礦的大體形態(tài)呈透鏡狀和似層狀，在輝石閃長(zhǎng)玢巖的穹隆頂部位置形成，且輝石閃長(zhǎng)玢巖的穹隆構(gòu)造控制著磁鐵礦的形態(tài)。硫鐵礦的產(chǎn)出形態(tài)分為兩種，第一種是透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，賦存于輝石閃長(zhǎng)玢巖內(nèi)，并伴有磁鐵礦共生；第二種賦存于磚橋組下段的火山巖中(趙文廣等, 2011)，呈似層狀形態(tài)。這種類(lèi)型的礦床所含有的金屬礦物主要是黃鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、磁黃鐵礦和菱鐵礦，另外，含有的非金屬礦物主要有鈉長(zhǎng)石、石英、硬石膏、鉀長(zhǎng)石、輝石、碳酸鹽礦物等。該類(lèi)鐵礦的礦石結(jié)構(gòu)主要是自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)還伴有交代假象結(jié)構(gòu)和篩狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造包括有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造和斑雜構(gòu)造等(杜玉雕和魏國(guó)輝, 2018)。

2.3 矽卡巖型鐵礦(接觸交代-熱液型鐵礦床)

矽卡巖型鐵礦是由于中酸性侵入巖在侵位過(guò)程中，其所含的含礦流體與碳酸鹽巖接觸交代作用形成的，這類(lèi)鐵礦的礦物組合屬于典型的矽卡巖類(lèi)，故又稱之為矽卡巖型鐵礦。矽卡巖型鐵礦主要形成于早白堊世，一般來(lái)說(shuō)該類(lèi)礦床的品位普遍較高，一般形成的都是中型和小型鐵礦，大型的也有但很少。矽卡巖型鐵礦廣泛分布在我國(guó)各地區(qū)，如東部的萊蕪、臨汾、大冶和邯邢等地區(qū)。除此之外，黑龍江翠宏山、內(nèi)蒙古黃崗、廣東連平大頂、陜西木龍溝、浙江漓渚、西藏尼雄、青?？系驴煽说纫彩俏◣r巖型鐵礦比較重要的分布區(qū)(謝承祥等, 2009; 駱華寶等, 2009)。以邯邢成礦帶大王莊鐵礦床為例，該鐵礦礦物成分較為簡(jiǎn)單，以磁鐵礦為主，并含有少量的褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦等；其中脈石礦物主要為透輝石、透閃石、陽(yáng)起石、石英、方解石，此外還有磷灰石、綠泥石、斜長(zhǎng)石以及微量的榍石和褐簾石等；其中的主要金屬礦物磁鐵礦是單獨(dú)晶?；蜃孕?半自形粒狀聚集體，并且磁鐵礦顆粒極不均勻地散布在脈石礦物中，晶粒大小從0.05～1mm都有，且普遍有交代透輝石現(xiàn)象，沿顆粒邊緣或(111)解理經(jīng)常被赤鐵礦交代，也有很少一部分被磁鐵礦交代。同時(shí)，礦石結(jié)構(gòu)常見(jiàn)有包含結(jié)構(gòu)、嵌晶結(jié)構(gòu)、自形-半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)和他形晶粒狀結(jié)構(gòu)等；主要構(gòu)造包括塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、斑點(diǎn)狀構(gòu)造等(畫(huà)玉省, 2017)。

3 早白堊世中國(guó)鐵礦分布和儲(chǔ)量

早白堊世全球鐵礦床成礦大爆發(fā)，該時(shí)期也是中國(guó)鐵礦床主成礦期。中國(guó)早白堊世鐵礦床可以劃分五個(gè)主要成礦帶：邯邢成礦帶、魯西成礦帶、長(zhǎng)江中下游成礦帶、寧蕪-南京成礦帶和永安-梅州-惠陽(yáng)(塌陷)成礦帶(趙一鳴和吳良士, 2004; 鄭建民等, 2007; 杜建國(guó)和常丹燕, 2011)，中國(guó)早白堊世鐵礦分布特征詳見(jiàn)圖2，鐵礦床儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表2。

表2 早白堊世中國(guó)各類(lèi)型鐵礦床統(tǒng)計(jì)表

中國(guó)早白堊世鐵礦床成礦類(lèi)型有：(1)巖漿型鐵礦床；(2)玢巖型鐵礦床；(3)矽卡巖型鐵礦床。

巖漿型鐵礦床的典型代表為北京昌平薛家石梁上莊鐵礦，其形成時(shí)代為132Ma；該類(lèi)型鐵礦床為巖漿晚期分異的含鐵礦液沿巖體內(nèi)斷裂或接觸帶貫入而成；成礦賦礦圍巖為輝長(zhǎng)巖，礦床規(guī)模一般為中-小型，成礦于早白堊世。

玢巖型鐵礦床多與中偏基性或中酸性火成巖有關(guān)，成礦時(shí)代為早白堊世；主要分布于寧蕪-廬樅地區(qū)，常稱為“玢巖鐵礦”。此外，西藏加多嶺鐵礦也屬于陸相火山-侵入型鐵礦(崔立偉等, 2012)。

矽卡巖型鐵礦成礦時(shí)代主要為早白堊世，主要分布在我國(guó)東部的邯邢、萊蕪、大冶、臨汾等鐵礦集中區(qū)。此外黑龍江翠宏、內(nèi)蒙古黃崗、浙江漓渚、青?？系驴煽?、西藏尼雄等地亦有產(chǎn)出。近年，蘇尚國(guó)等(2014)對(duì)邯邢地區(qū)鐵礦床進(jìn)行了詳細(xì)研究，提出了“含鐵熔體-流體通道成礦系統(tǒng)”成礦模型。模型認(rèn)為在深部巖漿房，中性-基性巖漿與碳酸鹽巖反應(yīng)形成“鐵礦漿”是形成矽卡巖鐵礦床的前提；另外，在深部巖漿房流體的加入產(chǎn)生流體超壓環(huán)境，形成“含鐵熔體-流體”使鐵礦漿密度降低，“含鐵熔體-流體”沿通道(構(gòu)造薄弱帶)快速上侵就位是形成矽卡巖鐵礦床的必要條件。該模型能夠很好的解釋包括礦漿型鐵礦在內(nèi)的不同類(lèi)型鐵礦的成因。該模型認(rèn)為“鐵礦漿”主要形成于深部巖漿房。由于流體的加入鐵礦漿密度降低變?yōu)楹F熔體-流體流沿構(gòu)造薄弱帶上侵就位成礦，矽卡巖也主要形成于深部，隨鐵礦漿一同上升至地殼淺部，表現(xiàn)為異地矽卡巖。根據(jù)礦體就位深度等特征，從深部到淺部分別表現(xiàn)為巖漿型、玢巖型和矽卡巖型，熱液型鐵礦床。故我們認(rèn)為中國(guó)東部早白堊世所有鐵礦床的形成都經(jīng)歷反應(yīng)①形成。

(7SiO2+12FeO+2MgO+CaO+Al2O3+……)+4CaCO3=4Fe3O4↓+Ca3Al2Si3O8+2CaMgSiO6+4CO2↑

①

4 全球早白堊世鐵礦床分布特征、儲(chǔ)量及Fe-CO2量變核算

從全球尺度上看，早白堊世鐵礦床形成主要分布于環(huán)太平洋帶、環(huán)地中海帶以及環(huán)黑海帶(圖3)。

圖3 早白堊世全球鐵礦分布圖

太平洋成礦帶是由于大洋板片俯沖產(chǎn)生的陸緣弧和島弧環(huán)境下形成礦床，如菲律賓和印尼等都有中小型接觸交代熱液型礦床形成。陸緣弧環(huán)境經(jīng)典成礦區(qū)包括安第斯中部(如秘魯、智利境內(nèi)形成的鐵礦床)，美國(guó)西部和伊利安爪哇-巴布亞新幾內(nèi)亞(楊曉勇和張連昌, 2018)。在安第斯成礦帶的古生代庫(kù)亞尼亞(Cuyania)、阿雷基帕-安托法(Arequipa-Antofalla)、智利尼亞(Chilenia)等多個(gè)地體逐步增生到了岡瓦納大陸邊緣，形成了該區(qū)域的基底構(gòu)造；在此之后又遭受了中-新生代納斯卡板塊向南美大陸的俯沖造山作用(張潮等, 2017)；最終形成了安第斯造山帶，組成了環(huán)太平洋成礦域的重要部分。地中海和黑海在中生代時(shí)期開(kāi)始閉合，可能依然是大洋板片俯沖造成的大型成礦事件。

經(jīng)過(guò)大量統(tǒng)計(jì)，在鐵礦床爆發(fā)期(早白堊世)全球大約共形成了101.7億噸的鐵礦床(本文涉及鐵礦儲(chǔ)量為靜態(tài)數(shù)據(jù)，隨礦業(yè)發(fā)展有待持續(xù)補(bǔ)充)，在此根據(jù)公式①對(duì)Fe礦形成時(shí)釋放的CO2做半定量估算。根據(jù)公式①我們可以知道形成鐵礦時(shí)釋放的CO2量，從方程式中可以清楚看到每形成1分子Fe3O4就會(huì)伴隨1分子的CO2釋放，又因?yàn)槎哔|(zhì)量比M(Fe3O4):M(CO2)=5.27:1，故全球形成101.7億噸的鐵礦床就會(huì)釋放CO2約19.3億噸。

5 早白堊世氣候變化

5.1 早白堊世全球溫度變化

本節(jié)主要通過(guò)討論早白堊世中國(guó)陸相紅層來(lái)討論當(dāng)時(shí)全球環(huán)境溫度變化。赫特立夫期(約132Ma)形成的勞村組紫灰色泥巖位于浙江省建德市壽昌鎮(zhèn)周村。坂頭組是巴雷姆期(129～127Ma)形成的紅層，呈紫紅、橙黃色調(diào)、粉砂巖和泥巖、鐵質(zhì)皮殼和結(jié)核，位于福建省永安市吉山白堊系剖面(陳丕基, 2000; 李祥輝等, 2009)。始于120Ma左右典型的浙江省江郎山館頭組(K1g)、朝川組(K1c)和方巖組(K1f)紅層等(李祥輝等, 2009; 黃進(jìn)等, 2015)。館頭組、朝川組和方巖組是晚白堊世Aptian期至Santonian期的產(chǎn)物(李祥輝等, 2009; 朱誠(chéng)等, 2009)。館頭組(K1g)為下白堊統(tǒng)永康群底部地層，可以分上下兩段，中段缺失，下段為砂礫巖、砂巖以及深灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，偶爾夾粉砂細(xì)砂巖。朝川組(K1c)的底部是含礫粗砂巖、中粗砂巖，中部是紫紅色塊狀粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾有河流相的砂礫巖，上部是紫紅色粉砂質(zhì)泥巖與砂礫巖、礫巖，相互交錯(cuò)。朝川組的沉積地層中還夾有火山巖夾層，有流紋巖、玄武巖和火山碎屑巖等。方巖組(K1f)是組成江郎山地貌的主體地層，主要是紫紅色、淺灰色巨厚層至塊狀礫巖，夾有砂礫巖、砂巖，中夾透鏡體，同時(shí)也偶爾夾雜火山巖，是一套由山麓沖積扇到河流谷地、湖泊平原、三角洲地帶沉積的河流相、湖相沉積地層。阿爾必期紅層(110Ma)呈紫紅、橙黃色、粉砂巖和泥巖、鐵質(zhì)皮殼和結(jié)核，位于福建省永安市吉山白堊系剖面。賽諾蔓期紅層(100Ma)屬紅色、(粉砂質(zhì))泥巖，存在生物潛穴、植物根系(根跡)，位于浙江省龍游縣小南海鎮(zhèn)曹垅村上白堊統(tǒng)衢縣組。

在早白堊世，當(dāng)時(shí)環(huán)境處于溫室時(shí)期，CO2濃度普遍比較高：145～140Ma剛進(jìn)入早白堊世，CO2濃度開(kāi)始增高，根據(jù)植物化石氣孔計(jì)算在140Ma左右達(dá)到峰值約860×10-6(Sunetal., 2007)；在140～130Ma左右大氣環(huán)境中CO2濃度有小幅度降低；于135Ma到最低約740×10-6(Chenetal., 2001)并一直持續(xù)至135Ma前后；約132Ma之后，CO2含量陸續(xù)增高，至120Ma達(dá)到高峰約910×10-6(Passalia, 2009)；120Ma后出現(xiàn)急劇下降；直至105Ma前后，根據(jù)植物化石氣孔測(cè)定當(dāng)時(shí)CO2濃度穩(wěn)定在620×10-6左右(Haworthetal., 2005)；直到早白堊世末期又開(kāi)始出現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)(詳見(jiàn)圖4)。

圖4 全球早白堊世鐵礦床形成和氣候環(huán)境變化之間的耦合關(guān)系圖

從圖4可以清楚的發(fā)現(xiàn)，早白堊世陸相紅層也在華北-大興安嶺、東南沿海地區(qū)廣泛分布，與此同時(shí)鐵礦開(kāi)始爆發(fā)式形成，巖漿活動(dòng)也在華北-大興安嶺和東南沿海地區(qū)活動(dòng)頻繁，根據(jù)植物化石氣孔計(jì)算的CO2濃度也在隨之發(fā)生規(guī)律性變化，他們之間存在著很明顯的耦合關(guān)系。

5.2 早白堊世恐龍及其他生物形體變化和滅絕事件

侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)古生物的體型由于某種原因發(fā)生了巨大的變化：趨于小型化。翼手龍出現(xiàn)于侏羅紀(jì)晚期，在白堊紀(jì)時(shí)期繁盛；相比于侏羅紀(jì)，白堊紀(jì)翼手龍的頭骨較輕，尾巴也進(jìn)一步地退化，飛行能力變強(qiáng)，但是不擅長(zhǎng)于行走；從侏羅紀(jì)晚期到白堊紀(jì)期間翼手龍整體體型演化趨向小型化。又如侏羅紀(jì)時(shí)期天空中稱霸的依然是翼龍，不過(guò)天空中已經(jīng)出現(xiàn)了新的飛行者——鳥(niǎo)類(lèi)，它大小如雞，雖然稱之為鳥(niǎo)，但它仍保留了爬行動(dòng)物的特征(羅奕和全景, 2013)。從生物演化的角度來(lái)看，新物種并沒(méi)有像同等級(jí)的古老物種一樣具有龐大的體型，說(shuō)明當(dāng)時(shí)演化進(jìn)程仍然是趨于小型化。再如早白堊世約11200萬(wàn)年前到9700萬(wàn)年前，當(dāng)時(shí)最大的肉食性恐龍棘龍，約18m，白堊紀(jì)中期到白堊紀(jì)晚期約10000萬(wàn)到9300萬(wàn)年前最大的肉食性恐龍鯊齒龍，約14m，再到晚白堊世的最后幾百萬(wàn)年里，即7000萬(wàn)年前至6500萬(wàn)年前，當(dāng)時(shí)最大的肉食性恐龍霸王龍，約13m(羅奕和全景, 2013)，最大肉食性恐龍演變?nèi)匀皇求w型趨于小型化，并于白堊紀(jì)末期(6500萬(wàn)年)恐龍滅絕。

海洋生物也有此趨勢(shì)，早白堊世早期的熱河動(dòng)物群、早白堊世中晚期大拉子動(dòng)物群，其中魚(yú)類(lèi)最具有代表性的眭從狼鰭魚(yú)到滿洲魚(yú)，代表了兩個(gè)階段的演化過(guò)程(王友勤和劉爾義, 1996)。從發(fā)現(xiàn)的化石來(lái)看，其中的狼鰭魚(yú)體長(zhǎng)一般在10cm左右，而滿洲魚(yú)體長(zhǎng)約5cm左右。故縱觀侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)結(jié)束整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期，生物演化趨勢(shì)為趨向于小型化。

6 早白堊世環(huán)境變化對(duì)當(dāng)代環(huán)境走向的指示意義

(1)本文論述了早白堊世的大規(guī)模巖漿活動(dòng)和鐵礦爆發(fā)形成時(shí)間及陸相紅層的出現(xiàn)有著非常吻合的時(shí)間耦合關(guān)系。所以早白堊世大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，致使當(dāng)時(shí)全球溫度變高、鐵礦爆發(fā)式形成，含鐵熔體-流體流從地球深部沿著巖漿通道在地殼淺部就位成礦。

(2)早白堊世的大規(guī)模巖漿活動(dòng)及鐵礦床的形成釋放大量CO2溫室氣體，使得當(dāng)時(shí)大氣環(huán)境中CO2含量急劇增加；早白堊世陸相紅層大量出現(xiàn)，推測(cè)是由于大氣溫度升高，F(xiàn)e2+變成Fe3+所致。

(3)全球早白堊世大規(guī)模巖漿活動(dòng)及巨量鐵礦床的形成，釋放大量溫室氣體對(duì)氣候環(huán)境變化和生物進(jìn)化起著重要的控制作用。由于當(dāng)時(shí)大氣中CO2含量急劇增加，氧氣含量相對(duì)變低，且全球氣溫增高，致使早白堊世生物為了適應(yīng)這種極端環(huán)境氣候個(gè)體趨向于小型化。當(dāng)今CO2已達(dá)第三紀(jì)以來(lái)含量最高值(Cuietal,.2020)，我們更要加深了解和我們當(dāng)代很相似的早白堊世時(shí)期，以便更加主動(dòng)的應(yīng)對(duì)今后的氣候環(huán)境變化和生物演化。

致謝在野外考察過(guò)程中得到鄧晉福、肖慶輝、羅照華、侯建光、胡偉武等老師的指導(dǎo)和幫助；在研究和成文過(guò)程中莫宣學(xué)院士、李曙光院士、周美夫老師及崔瑩老師給予了具體指導(dǎo)；參加野外工作的還有崔曉亮、劉璐璐、蔣俊毅、劉美玉、霍延安、楊譽(yù)博、侯曉陽(yáng)及魯鑫等；三位審稿人提出了寶貴的修改意見(jiàn)；在此一并表示感謝。