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东亚地区|地球那些事儿｜地球自转轴漂移引发侏罗纪东亚大干旱

地球的南极和北极是假想的地球自转轴与地球表面的两个交点 ， 在南半球叫南极 ， 在北半球叫北极 。 由于地球围绕着自转轴旋转 ， 所以两极似乎应该是地球表面上两个不动的点 。 然而长期的观测发现 ， 地球的两极在地表是不断缓慢移动的 ， 这种行星自转轴相对于行星表面的整体性移动叫做“真极移”(图1;Gold, 1955) 。 由于真极移会引发地球表面太阳辐射能量的重新分布 ， 当大规模的真极移发生时全球环境将随之发生快速变化(图1) 。
东亚地区|地球那些事儿｜地球自转轴漂移引发侏罗纪东亚大干旱
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图1 地球真极移及其气候效应示意图
地球产生真极移的原因在于地球不是理想的球体 ， 其内部质量分布也不均一 ， 地壳和地幔的质量中心会发生调整 ， 主要由地幔对流、板块俯冲及冰川作用等因素引起 。 大规模的真极移通常与地球内部过程有着复杂的联系 。 真极移并不神秘 ， 实际上它是我们正在经历的事情 。 观测结果显示 ， 上个世纪地球的南北极移动了9.14米 ， 相当于每年漂移大约10厘米 ， 这个速度已经超过了现今板块平均运动速度 。
【东亚地区|地球那些事儿｜地球自转轴漂移引发侏罗纪东亚大干旱】地球历史上存在过多次大规模真极移事件 。 例如 ， 侏罗纪-早白垩世期间可能存在一次大约30°度的真极移事件(如Steinberger and Torsvik, 2008; Kent and Irving, 2010) 。 这一事件可能与现今的意大利、中东和美国南部地区侏罗-白垩纪的环境变化密切相关 ， 并最终导致世界上最大的油气区(波斯湾和墨西哥湾油气区)一些关键油田的形成(Muttoni and Kent, 2016) 。
中国大部分地区在中、晚侏罗世期间经历了一次剧烈的干旱化过程(图2) 。 根据沉积记录 ， 中亚和东亚地区在早-中侏罗世普遍出现了含煤、含铝的粘土岩系以及含菱铁矿的岩石 ， 这表明这些地区当时处于温暖湿润的气候环境;而到了晚侏罗世-早白垩世 ， 这些地区则出现了河流-湖泊相含石膏的碎屑红层以及干湖-河流-风成环境的沉积组合 ， 共同指示酷热干燥的气候环境(图2) 。 也就是说 ， 从侏罗纪早期到晚期 ， 中-东亚地区的古地理与古气候发生了巨大的反转 。 在东亚古环境演化史上 ， 这次干旱化可以说是一次划时代的事件 ， 奠定了晚中生代以来该地区的古气候格局 。 从此之后 ， 东亚地区长期延续着行星风系下以干旱为主旋律的气候特征 ， 直到晚新生代东亚季风形成 。
那么 ， 东亚侏罗纪突然剧烈变干具体是什么时候发生的?影响范围有多大?背后的原因又是什么呢?这些问题长期以来一直没有令人满意的答案 ， 于是就成为了一个谜 。 有的古气候学家 ， 比如我国学者陈丕基(1997)、美国学者Arthur Boucot(2009)猜测在当时的东亚大陆的边缘 ， 分布着一条长长的、类似于现今安第斯山的山链 ， 从俄罗斯的远东地区一直延伸到菲律宾 ， 这一假想的高山阻隔了太平洋吹往亚洲内陆的水汽(也就是所谓的“雨影效应”) ， 导致了东亚地区的突然变干;而另一些学者则倾向于认为是盘古超级大陆在晚侏罗世的裂解 ， 导致原先发育在超大陆上的巨型季风系统(Mega-monsoon)逐渐消亡 ， 从而引起巨量季风降水的终止 ， 最终导致了东亚侏罗纪环境剧变(parrish, 1993) 。 然而 ， 到目前为止 ， 以上两种观点都缺乏足够的地质证据 。 为解决这一难题 ， 中国地质调查局地质研究所易治宇副研究员(现为中山大学副教授)、柳永清研究员与美国佛罗里达大学Joseph Meert教授合作 ， 对东亚地区的沉积记录进行了总结 ， 同时还对华北侏罗纪期间的火山岩进行了系统的古地磁和同位素定年研究 。
东亚地区|地球那些事儿｜地球自转轴漂移引发侏罗纪东亚大干旱
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古地磁方法是一种利用地球古磁场的岩石记录来定量恢复板块古地理位置的方法 ， 而火山岩一方面可以方便地测定年龄 ， 一方面又是地球磁场的忠实记录员 ， 因此是解答这一疑惑的最佳咨询对象 。 河北北部、辽宁地区南大岭组(约1.68亿年-1.80亿年前)及髫髻山组(约1.53亿年-1.61亿年前)火山岩的古地磁结果表明 ， 华北地块在约1.74亿年至1.57亿年期间发生了约2800公里向南的漂移(如果将北京作为参考点的话 ， 相当于当时的纬度由大约北纬 62° 漂移至北纬36°) ， 东亚地区(包括华北、华南、塔里木、蒙古、羌塘、柴达木这些小块体)相应地由大约北纬40°-65° 漂移至北纬10°-35°(图3) 。


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