焦点滚动:量化形成煤和蒸发岩的气候条件

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煤最初是由需要大量水分或降水的植物形成的。因此，有煤炭记录的地区是潮湿和温暖的。相反，蒸发岩形成于蒸发强烈的干旱和炎热地区。因此，在深时气候研究中，煤和蒸发物通常分别用作潮湿和干燥气候条件的定性指标。然而，煤和蒸发岩与温度和降水的定量关系从未建立。

在胡永云教授(中国北京大学物理学院大气与海洋科学系)领导的一项研究中，作者将地质记录的地质记录与气候模拟相结合，建立了煤和蒸发岩与温度和气候的定量关系。显生宙降水。

他们表明，煤主要出现在晚古生代的赤道地区。这是因为蕨类植物是古生代的优势植物，输水能力较弱，更喜欢生长在气候温暖湿润的热带地区。因此，煤主要形成于晚古生代的热带地区，相关的中值年平均温度和降水量分别为 25°C 和 1300 毫米。

在中生代，裸子植物占主导地位。裸子植物的内部水分运输系统——次生木质部已经发育成熟，因此它们比蕨类植物更能适应干燥和凉爽的环境。随着大陆逐渐向北半球移动，植物向北半球高纬度的多雨温带扩散。因此，煤在中生代北纬50°N左右开始形成，年平均气温和降水量分别为10°C和900毫米。

与此同时，白腐真菌这种以木质素为食的微生物导致了木质素的快速腐烂。因此，在中生代的热带地区出现了罕见的煤。

新生代气候系统性变冷，降水量也减少。这一时期，适应新生代寒冷干燥气候的被子植物盛行。因此，煤的产地及与温度、降水的关联与中生代相似。

蒸发岩总是在显生宙南北半球的亚热带干旱地带形成。在早石炭世之前，几乎所有的蒸发岩都形成于南亚热带，因为北半球的陆地很少。晚古生代以来，受泛大陆超大陆北移影响，蒸发岩产状向北亚热带转移。相关的年平均温度和降水量分别为 27°C 和 800 毫米。

该研究最显着的结果是，与煤和蒸发岩相关的净降水量(降水-蒸发)随时间几乎保持不变，尽管在显生宙的温室和冰库间隔期间全球气候发生了根本性变化。煤炭记录的净降水量中值为 300 毫米 yr -1，蒸发岩记录为 100 毫米 yr -1(图 1)。这表明造成煤和蒸发岩形成的物理和化学过程是不随时间变化的。

这些定量关系的建立也可用于“预测”显生宙煤层和蒸发层的产地。成功预测了 80% 以上的煤和蒸发岩记录(图 2)。该结果对于量化气候条件以用于气候的其他岩性指标和预测外生矿床也具有重要意义。

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