新研究以前所未有的细节重建了5.4亿年的海平面变化

研究人员模拟了过去5.4亿年中每千年一次的海平面变化。这些发现为绘制用于能源和废物储存的地下层提供了更好的工具。自从地球出现海洋以来，海平面就一直在波动。直到最近，科学家们只能通过分析沉积层和化石证据来估算较长时间间隔（通常跨越数百万年）内的海平面变化。如今，来自乌得勒支大学、英国和美国的研究人员首次成功绘制了过去5.4亿年间数千年尺度的海平面变化图。

他们的研究成果于7月3日发表在《地球与行星科学快报》上，为了解地球的地质历史提供了新的见解。研究人员解释说：“将这些快速的海平面变化考虑在内，对于理解地下结构及其在绿色能源领域的应用至关重要。”

两个主要因素决定着海平面的变化：板块构造（决定海洋盆地的深度）和陆地冰的体积（决定海洋盆地的蓄水量）。“如果以大约一百万年为时间间隔，就可以估算出自最早的化石记录以来，大约5.4亿年前的平均海平面，”乌得勒支大学客座研究员、该研究的主要作者杜威·范德梅尔博士说道。“那个时期的海平面已经移动了多达200米。我们怀疑在更短的时间内也发生了巨大的变化，但现有数据太有限，无法解释。”

为了评估较短时期内的海平面变化，科学家们开始关注过去几百万年形成的岩层。与树木年轮类似，砂岩和粘土岩等沉积层提供了环境条件的记录。粘土岩通常形成于较深的海洋环境中，而砂岩则沉积于靠近海岸线的地方。“我们在冰盖覆盖两极的寒冷气候时期观察到这些岩层的交替变化最为清晰，”研究人员解释说。在这种时期，地球的轴向摆动会造成持续数万年的冰河时代，导致海平面波动高达100米。

长期（深蓝色线）和短期（浅蓝色区域）海平面变化。海平面变化主要由板块构造运动以及陆地冰的形成和融化引起。图片来源：Douwe van der Meer

直到最近，科学家们才得以识别远古时期海平面的快速变化。范德米尔和他的团队利用过去数千万年的高质量数据，建立了全球气候与冰盖体积之间的关系，从而解决了这个问题。“这为我们提供了最准确的信息，包括没有冰盖的温暖时期、有冰盖的寒冷时期以及冰河时代。我们利用这种关系确定了更早时期，即5.4亿年前的短期变化，”范德米尔解释道。

他们对这些短期海平面变化的重建与基于化石的估计结果高度一致。“这是我们第一次能够在如此短的时间内以一致的方式量化海平面，”范德米尔说。近几百万年来，反复出现的冰河时代导致海平面上升和下降多达 100 米。相比之下，在恐龙漫游地球的侏罗纪和白垩纪时期，由于没有大量的陆地冰，海平面变化不那么剧烈。然而，在石炭纪晚期，当巨型蜻蜓盘旋在现在的荷兰广阔的沼泽上空时，由于南半球巨大的冰盖，海平面变化要大得多。

由于我们现在对过去海平面的变化有了更精确的了解，研究人员能够绘制出更精准的地球各个时期的地图。他们可以将这些地图用于气候和演化模型，并研究这些模型对海平面变化的响应。“无论是高海平面还是低海平面，在过去的地质时期都发生过，”范德梅尔说道。

了解地质历史上的海平面变化有着广泛的应用。如今，我们正在寻找地下储存二氧化碳和氢气，或地热能的方法。沉积在低海平面的砂岩在这里非常重要，因为它可以用作储层。沉积在高海平面的粘土岩则起到密封的作用，使水或二氧化碳无法轻易渗透。目前，人们也在这类地层中寻找合适的放射性废物储存地点。“如果我们知道在某个时期全球海平面很高，我们也知道那里应该沉积了一层相对连续的粘土岩。我们可以利用这些信息创建全球砂岩和粘土岩的层位图，这有助于我们安全利用地下资源。”

编译自/scitechdaily