确定远古溶洞的形成时间是个巨大难题。近日《地质学》期刊发表的最新文章，利用洞穴沉积物铀铅测年技术，揭示了巴黎盆地远古溶洞的形成时间，并将其与阿尔卑斯造山运动联系起来，为理解板块构造运动对地貌演化的影响提供了新的证据。
溶洞，又称喀斯特地貌，是地下水对可溶性岩石（如石灰岩）进行溶蚀作用形成的。溶洞的形成需要漫长的时间，其演化过程也记录着地质历史的变迁。然而，确定远古溶洞的形成时间一直是地质学家面临的挑战，尤其是对于那些形成于几百万年前，甚至更早的溶洞系统。
法国巴黎盆地，这个以浪漫之都闻名的地区，其地下却隐藏着一段跨越千万年的地质变迁史。近日，科学家团队在《地质学》期刊发表文章，利用洞穴沉积物铀铅测年技术，确定了巴黎盆地一个溶洞系统的形成年代，并将其与阿尔卑斯造山运动联系起来，为板块构造运动对远距离地貌演化的影响提供了新的证据。图1 地质图和采样点位
此次研究的对象是位于巴黎盆地中部，距巴黎以南50公里一个溶洞系统。该溶洞系统发育于渐新世（距今约3000万年前）的湖泊-沼泽相碳酸盐岩地层中，其成因和形成年代一直未有定论。为破解这一难题，研究团队利用了一种名为原位铀铅测年技术的最新方法，对溶洞内的洞穴沉积物进行了精确的年代测定。洞穴沉积物，如钟乳石、石笋等，是溶洞形成过程中，溶解在水中的碳酸钙沉积形成的，其生长过程可以记录下地质历史的信息。图2 分析点位和分析年龄
研究人员对溶洞内的32个方解石筏（一种洞穴沉积物）、1个流石坝和10个方解石胶结物进行了采样分析。结果显示，这些沉积物的形成年代集中在距今约2900万年前，与寄主岩石的沉积年代相吻合。这意味着，在碳酸盐岩沉积后不到200万年的时间内，该地区就发生了岩石胶结、溶解和洞穴沉积物的沉淀等一系列地质过程，表明该溶洞系统的形成速度非常之快。图3 分析点位和分析年龄
研究发现，溶洞的形成与沉积作用几乎是同时发生的，这意味着该地区的喀斯特地貌发育非常迅速，这与一些对更年轻的第四纪溶洞的研究结果一致。更令人惊讶的是，研究人员还在溶洞沉积物中发现了保存完好的介形虫化石和碳酸盐岩碎屑。介形虫是一种生活在水中的微小甲壳动物，其化石的存在表明，该溶洞系统曾被湖水淹没，并且与地表水系相连通。那么，是什么力量推动了巴黎盆地这一远古溶洞系统的快速形成呢？研究人员认为，这与发生在数百公里之外的阿尔卑斯造山运动密切相关。图4 与研究区域的生物地层学相比，三个岩溶洞穴沉积物的胶结年代。U-Pb年龄
阿尔卑斯造山运动是地球历史上规模最大、影响最深远的地质事件之一，它始于约1亿年前，至今仍在继续。在渐新世，阿尔卑斯造山运动进入了一个新的阶段，非洲板块与欧亚板块的碰撞导致了阿尔卑斯山脉的隆起，同时也对周边地区的地壳运动产生了深远影响。研究人员指出，阿尔卑斯造山运动引起的板块边界应力，很可能导致了巴黎盆地北部的隆升，从而改变了该地区的水文地质条件，为溶洞的形成创造了有利条件。这项研究成果不仅为巴黎盆地的地质演化历史提供了新的认识，也为利用洞穴沉积物研究远古地质事件提供了一种新的思路。在未来，研究人员计划将这一方法应用于其他地区的溶洞系统研究，以期揭示更多关于地球历史的奥秘。论文信息：Kévin Moreau, Benjamin Brigaud, Simon Andrieu, Justine Briais, Florence Quesnel; Determining the age and origin of a Tertiary karstic system by in situ U-Pb geochronology on speleothems. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52263.1
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