漸新世“雪球事件”的發現及其意義
——基于全球冰斗系統的解讀與研究

王照波，王江月

(1.國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013；2.山東指南針礦產勘查有限公司，山東 臨沂 276006；3.沂蒙山國家地質公園管理局，山東 臨沂 273304；4.曲阜師范大學地理與旅游學院，山東 日照 276800)

0 引言

近幾年，筆者發現并深入研究了山東蒙山第四紀冰川遺跡[1-4]，在這個過程中發現了東亞冷槽的存在[5]，在對東亞冷槽西壁的雪線高程進行追蹤研究的過程中，發現了冰斗系統[6]，在對冰斗系統進行研究的過程中，該文作者王江月提出“是否存在新生代雪球事件？”，基于此，在對全球冰斗系統進行研究的基礎上，發現并證實了漸新世雪球事件的存在。

冰川遺跡類型雖然多種多樣，但唯有冰斗是諸類遺跡中規模最大、最易保留的遺跡類型。原因在于冰斗是以山體為載體進行雕刻而成的，山體的形狀一旦成形，后期的風化作用很難對其進行徹底改變，因此冰斗系統也是諸多冰川遺跡中最難被消滅的遺跡類型，而冰川作用在巖石表面遺留的擦痕、在下游堆積而成的冰磧，相比于山體而言，則要更容易因風化剝蝕而消失。而巖石山體即便歷經幾十萬年、甚至數百萬年的風雨侵蝕，其形態也可保存下來。

冰斗作用是冰川作用的先導性作用，也是冰川作用中最重要的作用階段，其他過程則是冰斗作用產物(冰磧)的延續，槽谷擦痕是冰磧運移過程中的刮擦痕跡，冰磧沉積則代表冰磧運移的結束。而實質上，冰川槽谷形成的前身是由多期冰斗斗底的串聯而成(圖1a)，而后期冰川運移過程中對側壁產生的刮擦，只是起到修整作用。

1 冰斗系統的特征

冰斗作用可分為冰斗環進(冰進)與冰斗環退(冰退)兩種作用過程，過程中形成冰斗系統。冰進是指雪線由高海拔向低海拔推進的過程，冰退是指雪線由低海拔向高海拔后退的過程。冰斗系統由多套冰斗環，以及與其相配套的縮口、殘弧(前弧、后弧、側弧)、三角脊等組成(圖1a)。一般規模較大的冰斗系統為組合式冰斗系統，由多期次的冰斗疊加而成(圖1b)。

a—河南甘山冰斗系統；b—復式冰斗系統形成過程示意圖圖1 復式冰斗系統特征及其形成過程示意圖

1.1 冰斗環

冰斗作用是冰川過程中的核心作用，冰斗的推進與撤退，都會留下相關的遺跡，也就是冰斗環。冰斗環是冰斗系統的基本組成形式，其由三角脊與殘弧、側弧一起組成，冰斗環的辨認是進行冰斗系統研究的基本前提。

在冰斗系統中，處在一座山的最高海拔位置的冰斗環，也即冰退作用過程中最后一次冰斗作用遺留的冰斗環，其環形特征一般保存的較為完整，呈現較為完整的漏斗狀特征，對于過程中形成的冰斗環，一般僅遺留有側弧與三角脊，而前弧與后弧一般保留的不全(圖2)。

圖2 冰斗的環進與環退過程示意圖

三角脊，是指冰斗系統中，在冰川槽谷兩側山脊上對稱分布，且具有三角形特征的凸起山脊，其對角線往往表現為弧形(圖2)，是由于冰斗環切作用形成的。

冰川槽谷基本是由冰斗系統中的眾多冰斗串聯而成。

1.2 冰進與冰退

不同冰期的雪線高程往往是不同的，一段時期內則表現為雪線的連續性降低或抬升，即冰進或冰退。由于冰斗對山體強大的環切作用，其作用過程都會在山體上遺留的殘弧、側弧、三角脊等構成的冰斗環中得到體現(圖2)。

無論冰進還是冰退，其前弧的保留都是困難的，都會在冰斗作用的過程中被清理掉。冰退過程是一個“向上推進、向下遺留”的過程，因此后方容易遺留下較完整的后弧、冰檻、冰斗湖等遺跡。冰進過程則是一個“向下推進、向下清理”的過程，因此冰進過程中后弧則是殘缺不全的，其前方遺留的冰檻、冰斗也會在下一次的冰斗作用過程中被清理運出。加之冰進過程之后，可能會存在一個相應的冰退過程，因此冰進過程形成的后弧、冰檻等相關遺跡，往往不易被較好的保留。

1.3 冰斗地貌

冰斗作用是冰川作用的前導與核心力量，由于冰斗作用是在山體上進行的，因此會在山體上留下作用遺跡，多期冰川作用會形成冰斗系統，由眾多的冰斗系統遺跡組成的地貌類型，稱作冰斗地貌。

冰斗地貌形成的山谷，具有典型的芭蕉扇狀特征(圖1，圖3b，圖3e，圖3f)，溝谷的前端多為圓弧形，這是由冰斗的環切作用形成的。復式冰斗系統形成的冰斗地貌，如同一把把巨大的芭蕉扇鑲嵌而成。圖3b、圖3c、圖3d為逐漸放大的冰斗地貌，在圖3d中可以清晰的辨認出冰斗湖的遺存。這些特征性的冰斗地貌，過去一直作為流水侵蝕型地貌類型對待，這是過去對冰斗系統的作用過程不明確情況下的誤解。經研究，冰斗地貌廣泛分布于我國東部中低山區，且北至黑龍江畔、南至天涯海角，東至沿海岸邊[6]。

圖3 冰斗地貌典型特征衛片圖

2 全球冰斗系統的分布及其特征

對全球冰斗系統的解讀是在谷歌全球衛星地圖(Google Earth)上進行的，高清衛星地圖完全可以滿足對于數百米尺度的冰斗系統形態的辨認。按照冰斗地貌的特征，結合冰斗環、殘弧、側弧、三角脊、縮口等要素進行辨別，對全球進行冰斗系統的影像解讀，并選取代表性的冰斗系統進行標注，全球共選取并標注了32處(圖4)，其分布位置見表1。

2.1 東亞地區冰斗系統特征

根據衛片解讀，中國境內蒙山、泰山、嶗山(圖5a，36°08′28″N，120°41′53″E)、華山、黃山、嵩山、衡山、恒山、五指山、大興安嶺、天柱山、九華山、廬山、玉華山、太行山等東部中低山區，都大量分布有冰斗地貌，另外在嶗山、連云港、舟山(圖5b，29°58′07″N，122°07′51″E)、溫嶺、寧德、南澳島、香港(圖5c，22°14′13″N，113°54′17″E)、臺灣、海南等附近濱海山脈，分布有大量的被海水淹沒的冰斗系統。這些表明，曾經在一個時期，我國陸地及部分較淺的海域全部被冰雪覆蓋，冰川一直伸展到現在的海平面之下，并一直延伸到現在大陸架前緣的邊坡附近，整個大陸架被冰川覆蓋，至于冰川在大陸架的前緣所處的海拔情況，尚缺乏資料進行探尋，這應作為海洋調查的部分內容進行進一步的研究。

圖4 全球冰斗系統與陸生生物避難區分布圖

表1 全球典型冰斗系統分布位置及高程

注：表中的冰斗系統的高程不代表該區的最低雪線高程，只是相關冰斗系統所處的位置標高。限于篇幅，省略了對應冰斗系統衛片截圖。

蒙古、韓國、朝鮮、日本等國，也均有廣泛的冰斗系統分布，雪球時期的東亞地區曾普遍被冰雪覆蓋，冰川一直延伸到大陸架的前緣。

2.2 東南亞地區冰斗系統特征

越南沿海山地自北向南，均有冰斗系統分布，雖然該區植被發育，降水量大，眾多的冰斗系統經歷了較嚴重的后期風化，但跡象仍然清晰可辯，南端可辨識的冰斗系統最低海拔為120m左右。泰國西部的山區由于海拔較高，其冰斗系統風化輕微，影像清晰可辯。

馬來群島所有山脈均廣泛分布有冰斗系統，在馬來西亞東北部的島嶼中，可見到被海水淹沒的冰斗系統，菲律賓島嶼南端也存在這種情況，據此分析馬來群島及中南半島，雪球時期均曾被冰雪覆蓋。

由于冰期海平面的急劇下降，新加坡與加里曼丹島之間的淺海海域已經變為陸地，加里曼丹島北端冰斗系統延伸到海平面以下(圖5d，4°41′49″N，118°24′25″E)，但赤道附近沿岸冰斗系統的最低雪線顯示的最低高程為130m，據此分析新加坡東部淺海海域，雪球時期時曾存在陸生生物避難區(圖4c)。

2.3 澳大利亞及周邊冰斗系統特征

澳大利亞東部及沿海地區的冰斗系統極為發育，但其西部及北部均微弱，北岸海拔200m之下，基本未見冰斗系統。其北側新幾內亞島南岸冰斗系統的最低雪線在200m左右。據此分析，澳大利亞西北部與新幾內亞島之間海拔200m以下的陸地與阿拉弗拉海，在雪球時期位于雪線之下，分析這一個區域在雪球時期曾存在陸生生物的避難所(圖4d)。但根據板塊移動方面的研究，在漸新世初期澳大利亞陸地所處的位置的緯度要比現在要高，至于為何在其北端的阿拉弗拉海一帶形成較高的雪線，需要更進一步的研究。

2.4 印度次大陸冰斗系統特征

印度與斯里蘭卡山區均有廣泛的冰斗系統分布，且在印度西海岸可以見到冰斗系統延伸到海平面以下的情況(圖5e，14°31′40″N，74°18′54″E)，據此分析，印度次大陸在雪球時期曾全部被冰雪覆蓋，其冰川一直延伸到現在海平面以下。

圖5 全球典型海岸冰斗系統衛片

2.5 西亞地區冰斗系統特征

在紅海沿岸與波斯灣沿岸的山脈，均有冰斗系統發育，在也門東海岸，可以見到多處冰斗系統延伸到海洋之中的現象，據此分析該區域的整個陸地及淺海區域，在雪球時期廣泛被冰雪覆蓋。

2.6 非洲地區冰斗系統特征

非洲的整個大陸冰斗系統分布廣泛，即便是現在以干旱少雨著稱的撒哈拉沙漠，也有冰斗系統分布。安哥拉西海岸存在冰斗系統延伸到海面以下的情況(圖5f，13°04′40″S，12°53′23″E)，只有在剛果盆地，尤其靠近大西洋沿岸的喀麥隆、加蓬一帶，其海拔低于200m的平原區，沒有發現冰斗系統的存在，顯示該區域在雪球時期構成陸生生物避難區(圖4b)，這也許是人類起源于非洲的根本原因，其他地方的古人類在雪球時期失去陸地生活的基礎，因冰川而滅絕。

2.7 歐洲地區冰斗系統特征

歐洲地區廣泛發育冰斗系統，英國倫敦西部丘陵中的冰斗系統最低海拔僅10m，地中海沿岸的意大利、希臘等地，直布羅陀海峽北岸一帶，在其沿海山脈均可見到冰斗系統延伸到海面之下的情況(圖5g，36°3′46″N，5°27′07″W)，據此分析，整個的歐洲大陸，在雪球時期普遍被冰雪覆蓋。

2.8 美洲地區冰斗系統特征

眾所周知，美國、加拿大東部平原區廣泛分布的大冰蓋在學術界被廣泛認可。經衛片分析，其西部山區的冰斗系統也廣泛分布。古巴南岸的沿海山地(圖5h，9°51′14″N，85°24′10″W)，危地馬拉西海岸沿岸山地(圖5i，19°56′24″N，76°54′06″W)，普遍存在冰斗系統延伸到海平面之下的情況，因此整個的北美大陸與拉丁美洲，雪球時期均覆蓋在冰雪之下。

南美洲冰斗系統在山區分布廣泛，只有在巴西亞馬遜盆地海拔200m以下地區，不存在冰斗系統，據此分析，在亞馬遜盆地海拔200m之下區域形成陸生生物避難所(圖4a)。

3 雪球事件發生時間的初步分析

雪球事件，是指全球表面幾乎被冰雪全部覆蓋的冰凍時期。目前科學界認為在地球的地質歷史上曾發生過兩次雪球時期，一是2.41～2.29Ga間的古元古代早期，一是在0.8～0.55Ga之間的新元古代[7-13]。目前，尚沒有研究者提及新生代的雪球事件。

基于全球冰斗系統的解讀，新生代的某一時期，除了赤道附近的幾處低洼地帶尚未被冰雪覆蓋外，其他地域均被冰雪廣泛覆蓋，據此提出廣布全球的冰斗系統，應是新生代“雪球事件”的產物。

基于冰斗系統廣布在現代山地的表面，據此分析控制地貌本底的雪球事件的發生時間應為新生代時期。根據豫西甘山冰斗系統的研究，規模宏大的前世冰斗系統，應為前第四紀時期的產物[6]。但由于雪球事件時除赤道附近的幾處低洼盆地、淺海不被冰雪覆蓋外，其他區域廣布冰雪，且冰川的前緣均延伸到現在海平面以下，甚至抵達大陸架前緣，可見雪球時期冰川規模巨大。

深海沉積，則可以較為完整地記錄陸地上的氣候事件與演變過程。

最新的世界大洋高分辨率底棲有孔蟲同位素研究顯示,δ18O值在漸新世最早期(33.6Ma)的約400ka時間內快速增長了1.4×10-3,導致底層水溫驟降了至少3～4℃,南極大陸東部開始出現永久性冰蓋,這段低溫和大陸冰蓋及其發育的時期稱之為“漸新世初大冰期事件(Earliest oligocene glacial maximum, EOGM)”或“Oi-1”事件[14]。劉志飛等[15]基于南大西洋深水沉積物的研究，在33.7Ma時間段，也確認漸新世初期存在漸新世初大冰期事件(EOGM)。田軍[16]在對新生代的全球氣候演化格局中展示了漸新世的長周期降溫事件，形成南極冰蓋，同時也指出8～2.7Ma地球急速降溫，在已有南極冰蓋的基礎上形成北極冰蓋。關于北極冰蓋開始形成的時間，Eldrett James S等[17]根據格陵蘭海洋沉積物的研究，確認在漸新世早期格陵蘭島就已經存在冰川。Tripati,Robert A.等[18]對于格陵蘭發現的冰筏碎屑進行研究，表明在漸新世早期北大西洋就存在冰川作用，詳細的沉積學證據表明，冰川延伸到了海平面之下。這些研究成果與筆者的解讀具有高度的吻合性，筆者認為漸新世初期的這次大冰期事件是全球性的，標志著“雪球事件”的開啟。黃維等[19]對南海漸新世以來的沉積速率研究表明(圖6)，漸新世時期的沉積速率最高，期次是第四紀，而中新世、上新世則明顯偏低，這顯示了冰期冰斗系統的超強剝蝕作用對于沉積作用具有明顯的影響。

圖6 南海各時期的平均堆積速率

另外，邵磊等[20]基于南海北部深水沉積物的研究，在漸新世末期的23.8Ma，存在明顯的物源突變事件，根據沉積物的變化特征，表明當時的沉積環境在逐漸加深。以ODP1148站(深海鉆井編號，地理坐標：18°50.17′N，116°33.94′E，水深3294m)為例，漸新世反映的為近岸坡陡的陸坡環境沉積，中新世則表現為深海遠洋沉積環境，與現在的沉積環境相差無幾，這些研究成果顯示，在漸新世末期，海岸由當時的大陸架前緣一帶逐漸海侵到現在的海岸線一帶。筆者認為這標志著“雪球事件”的結束，大量冰川融水注入海洋，導致海平面急劇抬升，海岸后退，導致沉積環境急劇變化。

拓守廷等[21]的研究顯示，始新世—漸新世界線(E/O)附近，δ18O值大幅度正偏，在短期內由1.2×10-3迅速增加到3.0×10-3，底層海水溫度從12℃降低為4.5℃。保存在大洋和大陸中的記錄表明:E/O界線附近，全球氣溫大幅降低,海陸生物均有不同程度的滅絕，指示了氣候變冷、變干的趨勢。眾多的研究成果顯示，在漸新世開始后存在生物大滅絕事件[22-23]。這一時期熱帶闊葉林萎縮至赤道一帶。筆者認為，漸新世生物大滅絕事件與雪球事件可能存在直接關系。

根據南海北部PY33-1-1井的研究，該井現在水深188m，根據沉積環境研究，在漸新世則為淺水三角洲環境，因此初步推斷，在漸新世時的雪球時期，當時的海平面至少比現在低180余米，在雪球極盛期甚至更低。

綜合分析，基于全球“冰斗系統”顯示的雪球事件確定在漸新世。基于全球“冰斗系統”的研究，漸新世的降溫幅度、冰雪分布范圍、對生物演化的影響等，似乎遠遠超出了目前研究的認知程度，希望在進一步的研究中得到更加深入與廣泛地探討。

4 結論

(1)初步的研究認為，雪球事件發生時間為漸新世，具體年齡約束在33.7～23.8Ma之間。

(2)漸新世雪球時期，在低緯度低海拔地區形成4處陸生生物避難區，分別為剛果盆地、亞馬遜盆地、阿拉弗拉海、新加坡東南部海域。這次雪球事件嚴重影響了生物進化，現代陸生生物可能均來源于上述4處陸生生物避難區。

(3)現代山地無論海拔高低，均表現為冰斗地貌，因此漸新世“雪球事件”形成的冰斗地貌，是現在全球山地地貌的基礎與基本表現形式。

致謝：該項研究得到了中科院海洋研究所趙松齡教授、南京大學楊達源教授、中國石油大學呂洪波教授、國家海洋局徐興永研究員、河南地礦職業學院張先教授、河南理工大學司榮軍教授、沂蒙山國家地質公園管理局趙然等學界同仁的大力支持與幫助，在此表示誠摯的謝意！

該文的研究僅是初步的，難免有不確之處，如陸生生物避難區與板塊漂移之間的關系等都未進行討論，希望在今后的研究過程中不斷地完善，同時也希望業界同仁批評指正，推進研究。

注：文中所有衛星圖片及相關的坐標、高程均取自google earth。