科学家发现测定地球古老地层年龄有效“标尺”

最近，中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队首次从岩石磁学角度对云南始新世地层中的火山岩、火山凝灰岩和沉积岩进行了全面系统的对比研究。研究发现，低温磁化率参数可以作为捕捉云南火山灰的有效指标。相关结果最近在《地球物理研究:固体地球》在线发表。

火山爆发是地球上主要的地质灾害之一。一些火山释放出高达几十公里的火山灰，到达平流层，这会影响天气变化。火山灰落下的灰尘也会给当地人带来很大的困难。

“但火山灰是‘诊断’地球地质历史中古代地层绝对年龄的最佳材料之一，地层绝对年龄是破译地球系统演化的关键代码。”《通讯》的作者、中国科学院青藏高原研究所研究员阎茂都告诉记者。

火山灰由火山爆发产生的微小碎片颗粒组成。极细的火山灰颗粒可能小于125微米，这与细碎屑沉积物的形态特征相似。因此，现场观测只能识别出大量火山灰固结形成的一小部分火山凝灰岩，而大多数沉积地层中所含的火山灰很难用肉眼直接识别。

以往的研究表明，由于缺乏火山岩的放射性同位素定年，近年来青藏高原内外许多新生代地层的定年一直存在争议，极大地阻碍了对青藏高原构造和古气候演化的认识。确定地层中的火山灰设定一年是解决当前争议的最紧迫任务。

那么，如何从古代地层获取火山灰信号呢？

过去，科学家们将现场采集的疑似火山灰样本带回实验室，并试图通过火山玻璃来鉴别它们。火山玻璃是火山爆发的碎片之一，是一种尚未快速结晶的玻璃状固体颗粒。然而，火山玻璃的提取和鉴定实验耗时长、成本高，不适合大规模推广。

阎茂都介绍说，火山喷发含有大量磁性矿物，这些矿物通常以间隙物质或包裹体的形式存在于火山灰中，不易被环境破坏，可能与普通碎屑沉积岩不同。"因此，我们可以考虑使用快速廉价的岩石磁学来鉴别火山灰."

哪种岩石磁性参数对捕捉火山灰最敏感和有效？

自2013年以来，阎茂渡和他的合作者多次访问云南剑川和曲靖。

在云南省曲靖市沾益县，研究人员在3500多万年前发现了始新统河流和湖泊沉积地层，其中含有厚达3米的灰白色火山凝灰岩。剑川县双河煤矿附近发育的同生湖相沉积地层中也有多层火山岩。经过详细的调查、讨论和取样，研究人员决定通过构建“火山岩-火山凝灰岩-沉积岩”的对比序列，寻找能够识别地层中火山灰的最敏感、最有效的岩石磁性参数。

“对于这三类样品，我们从磁性矿物的类型、含量和粒度等方面对岩石磁性参数进行了系统的对比研究。结合岩相学和地球化学，我们探索了不同于沉积岩的火山灰最显著的岩石磁性特征。”该论文的第一作者、中国科学院青藏高原研究所博士生沈说。

研究发现，中低温频率磁化率参数表明火山岩和火山凝灰岩中含有大量超细磁性矿物，而大多数沉积岩缺乏这一特征。

这意味着低温频率磁化率参数可以作为捕捉云南火山灰的有效指标。同时，该指标要求的样品预处理简单，测试速度快。与使用火山玻璃的鉴定方法相比，实验室鉴定火山灰的效率大大提高。

研究人员表示，该研究为云南地区乃至其他地区地质历史中的古地层火山灰年代学提供了必要的岩石磁学支持，对深入了解青藏高原东南缘构造、印度季风演化等重大科学问题具有重要意义。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1029/2019JB017946

剑川盆地中性火山岩的显微照片表明，不透明磁性矿物属于金属矿物，显微镜下为黑色，反射光下为亮灰色。

剑川盆地风化火山岩(粗面岩)

云南曲靖始新世巨厚火山凝灰岩调查

科研人员调查了云南剑川盆地的火山岩