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石炭纪是一个重要的地史转折时代,这一时期全球古气候、古环境和古地理格局都发生了急剧变化,而海相碳酸盐岩碳、氧同位素组成能为了解这些变化提供一定的信息。先前的研究已经揭示出石炭纪海洋变化的一些规律,但这些研究都集中在欧美地区,华南板块所做的工作较少。为了详细了解华南石炭纪古环境演化的规律,本文选择华南古生物地层研究程度较高的贵州南部罗甸纳水剖面进行高分辨率的碳、氧同位素研究。并在精确的古生物地层控制下与欧洲、北美同期地层的碳同位素曲线进行对比。
本文研究结果显示罗甸纳水剖面记录了先前研究所揭示出的各次δ13C值漂移事件,并与这些事件呈现全球一致性的特征,这表明引起这些漂移事件的原因是全球性的环境变化事件。纳水剖面的δ13C值在维宪期和早谢尔普霍夫期整体上表现出上升的趋势,从早维宪期的2‰-3‰左右上升到早谢尔普霍夫期的5.5‰左右的峰值,这次δ13C的正漂移在欧洲和北美地区同时期地层都有表现,是一次全球性的事件。相比而言,华南正漂移的幅度比欧洲、北美地区更大,这次δ13C值上升的原因可能与早石炭世陆生植物开始大规模繁盛有关,而华南的高峰值,可能与华南板块内部,有机碳以煤的形式大规模埋藏有关。
谢尔普霍夫期,罗甸纳水剖面的δ13C值呈现下降的趋势(从5.5‰左右的峰值下降到2‰-3‰左右),这次下降可能与谢尔普霍夫期的生物灭绝或更替事件有关。从谢尔普霍夫阶和巴什基尔阶界线(上下石炭系界线)开始,罗甸纳水剖面的δ13C值再次上升。这是石炭纪最显著的一次δ13C值正漂移事件,先前的研究显示在这次上升过程中,以欧洲和俄罗斯为代表的Paleotethyan地区δ13C值上升了3‰,以北美为代表的Panthalassan地区只上升了1.5‰,两者之间有1.5‰的差别,并把造成这一差别的原因归结为劳亚大陆与冈瓦纳大陆碰撞造成赤道地区海上通道关闭所导致海洋环流变化。纳水剖面上升的幅度为2.1‰,高于北美的全岩样本和腕足类化石壳体的上升幅度,但没有表现出欧洲地区腕足类化石壳体所揭示出的3‰增加的幅度,可能的原因是全岩样本保存碳同位素能力不及腕足类化石壳体的缘故。这次上升事件的原因与有机碳埋藏量增加特别是煤的埋藏量增加有关。另外纳水剖面的δ13C值曲线还揭示出在巴什基尔阶-莫斯科阶界线附近,卡西莫夫阶内部的两次负漂移事件,这两次事件可能代表了晚石炭世冰期的大背景中一个相对温暖的时期。