石炭纪末华北盆地聚煤作用与早二叠世初P1冰期开始的关系:基于鄂尔多斯盆地#8+9煤OA

聚煤作用是全球碳循环重要环节,实现了大气CO_(2)在陆地的大量长期埋藏,是导致大气CO_(2)浓度降低的主要因素之一。大气CO_(2)浓度降低会引起全球气温降低,进而触发冰期。石炭纪末华北盆地发生了全盆地范围的聚煤作用(#8+9煤),随后全球进入早二叠世初P1冰期,这表明P1冰期的开始和华北盆地的广泛的聚煤作用可能存在潜在成因联系。为了揭示两者之间的关系,本研究以鄂尔多斯盆地#8+9煤层为研究对象,对其自然伽马曲线进行了频谱分析,恢复了#8+9煤层聚集时间,并根据煤层厚度、碳含量和视密度数据恢复了泥炭地碳埋藏速率,并以此为依据,根据华北盆地晚石炭世泥炭地面积得出当时华北盆地每年的碳埋藏量,根据现有大气数据计算出晚石炭世末华北盆地每年碳埋藏量减少的大气CO_(2)浓度,最终揭示晚石炭世末华北盆地的聚煤作用和P1冰期开始的关系。结果表明,华北盆地#8+9煤中发现地轴斜率35.5kyr和岁差21.7kyr周期,沉积时限为98.31~277.66kyr,平均为188.20kyr;泥炭地碳埋藏速率为42.41~78.87g/m^(2)·a,平均值为59.21g/m^(2)·a。据现有大气总质量和二氧化碳浓度估计,每降低大气CO_(2)浓度1μL/L,需从大气中移除约2.13GtC(10亿吨碳)。华北盆地晚石炭世末每年碳埋藏量为3.82×10^(7)~7.01×10^(7)吨,平均值为5.33×10^(7)吨,每年降低大气CO_(2)浓度为1.79×10^(-2)~3.33×10^(-2)μL/L,平均2.51×10^(-2)μL/L。晚石炭世末聚煤作用前大气CO_(2)浓度约为400μL/L,P1冰期开始前大气CO_(2)浓度约为200μL/L,按照华北盆地年平均碳埋藏速率,仅8000年就可以使大气CO_(2)浓度降低200μL/L,达到P1冰期形成时的大气CO_(2)浓度,而#8+9煤平均沉积年限为188.20kyr,远超达到冰期所需要的时间,因此华北盆地的巨量碳埋藏可以导致P1冰期开始前大气CO_(2)浓度快速降低。ρCO_(2)与大陆硅酸盐风化的解耦、与古雨林面积快速增加和热带森林反复重组耦合,表明华北盆地晚石炭世末的聚煤作用是导致P1冰期开始前大气CO_(2)浓度降低和P1冰期开始的主要原因。