科学家发现3.8亿年前岩石中保存的“气候档案”
随着时间的推移，在地下循环的流体会逐渐改变岩石。在利用岩石作为气候档案时，必须考虑到这些过程。德国波鸿鲁尔大学沉积物和同位素地质学研究小组的马蒂亚斯-穆勒（Mathias Müller）博士与国际同行一起，详细研究了哈根-霍亨林堡（Hagen-Hohenlimburg）3.8 亿年前的石灰岩中保存的气候信息。
具有空洞的多孔白云岩，非常适合地热利用。资料来源：RUB，Marquard
此外，他还通过分析得出结论，认为这种岩石如今在多大程度上适合用于深层地热。他的研究成果已于 2024 年 7 月 1 日发表在《地质与宇宙物理学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）上。
施特尔滕贝格采石场一侧的景观：不同颜色的岩石是地下成岩过程的产物，这些成岩过程改变了原始石灰岩。图片来源：RUB, Marquard
为了更好地了解当今的气候，回顾过去会有所帮助。为此，研究人员使用了所谓的"代用指标"：冰芯、树年轮或滴水岩等自然档案中的间接气候指标。"马蒂亚斯-穆勒（Mathias Müller）解释说："如果我们想了解几百万年甚至几十亿年前的气候，我们可以研究沉积岩，它们甚至可能储存了几亿年前的海水温度。"
灰色马森卡尔克石灰岩中的珊瑚和腕足类化石，这些化石已经沿着一条垂直裂缝部分成岩为浅棕色白云岩。图片来源：Mathias Müller
有一件事会使这类意义深远的气候研究变得更加困难，那就是储存在这些岩石中的气候特征会随之发生变化。这一过程被称为成岩作用。这个过程在沉积物沉积于海水中后不久就开始了，并可能持续至今。马蒂亚斯-穆勒（Mathias Müller）说："非常古老的岩石通常被埋藏在几公里深的地下。气候信息的变化是由在深处循环的热流体引起的。在它们能够穿透岩石的地方，往往会导致岩石中的再结晶或新矿物生长。此外，当岩石从深处被提升到地表时，它们也会受到天气的影响。这种所谓的陨石成岩作用也会影响旧的气候信息，或使其完全失去作用。"
马蒂亚斯-穆勒（Mathias Müller）与一个国际研究小组一起，详细重建了哈根-霍亨林堡地区的岩石中还保存着哪些泥盆纪浅海时期的气候信息，以及这些信息是在何种过程和条件下发生变化的。研究人员使用岩石学和地球化学方法分析了从 Steltenberg 采石场系统采集的大量岩石样本。
"我们惊讶地发现，岩石中的变化使我们能够确定大量重要的地质事件，如侏罗纪北大西洋的开辟以及白垩纪晚期以来数百公里外阿尔卑斯山的褶皱和随后的隆起。放射性铀-铅测年法是对储存在岩石中的所谓叠印事件进行年代分类的关键。"研究人员强调说："我们在研究过程中特别高兴地发现，即使在叠印严重的岩石中，仍然可以找到泥盆纪时期的气候信息。"
马蒂亚斯-穆勒（Mathias Müller）分析岩石在数百万年中的变化。图片来源：RUB, Marquard
这项研究的结果对于开发深层地热能岩石也很有意义，因为深层地热能可能成为能源转型的一个促进因素。迄今为止，预测地下哪些区域会出现哪些条件一直是研究人员面临的一大挑战。特别是在碳酸盐岩中，成岩叠压会导致岩石中的沉淀和溶解现象，从而对地热能源的潜在可行性产生巨大影响。
目前的研究结果可以得出初步的乐观结论，即深层地下的一些特征过程可能提高了地热能源的可用性。目前，马蒂亚斯-穆勒正与弗劳恩霍夫能源基础设施和地热能源研究机构 IEG 以及北莱茵-威斯特法伦州地质调查局的研究人员一起，致力于研究地表的研究结果对地热能源在深层的适用性有何影响。
编译自/ScitechDaily
