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主流观点关于黑色页岩有机质富集的成因,可能有问题。
一般提到黑色页岩,都会提到几个关键词:暖湿气候,藻类勃发,高初级生产力,大洋缺氧,火山喷发。实际上这些假说和现代环境科学的固碳规律是矛盾的。于是,通过类比现代沉积,得出下面几点看法,欢迎大家指正。
1)高固碳对应低初级生产力。固碳效率高的地区主要为寒温带,对应的是初级生产力较低的地区。因为气温提高后,生产力虽然提高一些(正向作用,近似线性增加),而矿化作用呈指数增加(负向分解作用)。以至于暖温带、亚热带、热带的虽然生物量高,高生产力,但均出现了低固碳,古今基本一致。如图1所示.
2)气温对黑色页岩有机质富集程度的控制远大于氧化还原条件。低温下,不管富氧还是缺氧,有机质很难分解。如在冰川能看到完整的动植物残骸,但在热带,很难见到完整的。夏天或在海南,将买的猪肉抽真空包装,缺氧,过两个月看看?仍会变质;将猪肉也抽真空就放在漠河寒温带地区室外(但不要暴晒),过三个月,肉的变质程度不会太高。青藏地区人去世后,要天葬,为什么?埋在土里分解不了,这和北极地区人和动物死亡后一样,埋藏后分解不掉,只能烧掉。登珠峰的遇难者,虽然暴露在富氧环境,但保持原样仍可以很多年而不会被风化。这就进一步解释了气温对有机质的矿化作用,远大于氧化还原条件。
3)中上扬子地区五峰-龙马溪组黑色页岩发育于地球第3次大冰期,处于寒温带,在海退背景下的低盐度潟湖环境,对应为低初级生产力。有几个理由:一是指示盐度的Sr/Ba<0.5;二是这套页岩的底部宝塔组灰岩有红层,临湘组部分地区有红层。现代沉积,红土、大型红土型铝土矿发育于赤道附近,古代各地质年代的红土型铝土矿均为赤道附近最高。红土、红层就代表低纬度热带雨林,炎热气候。因而黑色页岩相对于临湘宝塔组为降温过程,海退环境。页岩沉积时期,中扬子宜昌缺失这套地层,同时鄂尔多斯南部、塔里木盆地均缺失赫南特阶地层,反映当时为整体海退背景。凯迪阶在这三个地区也有地层发育,但贫有机质。如宜昌地区庙坡组含笔石页岩,为低TOC,鄂尔多斯盆地发育平凉组、背锅山组砂泥多个旋回,页岩段TOC<1.2%; 塔里木盆地印干组TOC也低<1.5%,反映凯迪阶大暖期贫有机,和现代赤道发育红层类似。
4)古气候所引发的寒温带的纬向滑移控制了页岩油气与煤的分布。气候是波动的,但统计特征表明,高纬度发育泥炭,黑色页岩;中纬度发育蒸发盐;低纬度红层,红土型铝土矿。在气候波动时,会在同一地方,发育代表不同纬度的指相性矿产。如在北极发育红土型铝土矿,不是此时富氧了,而是大暖期北极也是高温;赤道附近有煤,黑色页岩,不是因为此时缺氧了,而是全球变冷,以至于赤道附近也是寒温带气候。对中低纬度地区,当全球变冷时,可能就由发育红层变至发育黑色页岩(凯迪阶到赫南特阶);若全球变暖时,由发育黑色页岩变成发育红层(鲁丹阶至特列奇阶)。这个红黑转换并不是因为富氧或缺氧。气候带的波动导致寒温带的纬向滑移控制了煤及黑色页岩的分布。没有例外。
5)寒温带及高原寒温带发育巨厚泥炭,煤及黑色页岩,不是因为寒温带缺氧;而赤道发育红层,不是因为赤道富氧。
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并不是我们想挑战传统,而是传统的、主流的真的有错。拨乱反正才能让认识不断提高。
图1 我国湿地土壤碳储与纬度的关系
毛小平
中国地质大学(北京)能源学院,2024年7月1日
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