真极移是地球内部质量重新分配造成整个固体地球（地壳和地幔）相对于液态外核发生旋转的过程，它是全球整体板块的绝对运动。因此，真极移和板块运动二者共同决定了板块的运动过程，并反映在古地磁结果上。全球古地磁数据库显示地质历史时期地球经历了多期真极移事件。其中侏罗纪时期，地球记录了一次显著的真极移事件，此次真极移的欧拉极（旋转轴）位于大西洋张开前的非洲西部赤道附近（0°N，11°E），地球的整个壳—幔体系以此为轴，发生顺时针旋转。虽然此次真极移的存在已经得到北美、南美、阿德利亚（北非）等多个板块古地磁结果的验证，但其持续时间以及类型仍存在很大争议。基于不同的古地磁数据筛选标准，前人提出了两种侏罗纪真极移模型。模型一认为地球存在一个持续了整个侏罗纪的长期缓慢真极移（Torsvik et al., 2012; 图1）；模型二则认为真极移仅发生在晚侏罗世（160-145 Ma），为快速真极移，并称之为“Monster shift”（Kent et al., 2015; 图1）。不同模型的真极移代表了不同的地球动力学过程，也会对地球表面的环境和生物演化带来不同的影响。然而，由于该时期的数据相对较少，特别是160-145 Ma期间高分辨率的古地磁数据严重不足，侏罗纪真极移的争论无法得到有效解决，同时此次真极移对全球环境和生物演化的影响也尚未得到充分认识。
图1 西北非坐标系下的视极移曲线。（a）蓝色视极移曲线指示长期真极移模型（Torsvik et al., 2012），红色视极移曲线表示“monster shift”真极移模型（Kent et al., 2015）；（b）阿德利亚（Muttoni and Kent, 2019）、南美洲（Fu et al., 2020）和华北（本研究）在西北非坐标上的视极移曲线。为方便对比，使用旋转参数（353.5°, 1.2°, 32.9°）将华北克拉通的视极移曲线旋转至西北非洲坐标系。
真极移为全球性事件，会影响全球所有板块的运动过程。侏罗纪全球板块围绕西非欧拉极的旋转会导致远离欧拉极的东亚陆块发生大规模的纬向位移。华北克拉通所在经度与真极移旋转轴的经度近90°，因此侏罗纪真极移会导致华北克拉通发生大幅南北纬向移动。因此，华北克拉通侏罗纪的古纬度变化可以为侏罗纪真极移事件提供准确的约束。目前，两种侏罗纪真极移模型的主要争论时代为晚侏罗世160-145 Ma。然而，华北克拉通缺乏这一关键时期连续古地磁结果，无法对这一争论提供有效限定。因此，需要在华北克拉通上获取这一关键时段连续古地磁结果，从而对晚侏罗世真极移的时代、规模和类型进行有效限定。基于这一思路，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室博士后侯祎斐、赵盼副研究员、朱日祥研究员等，对华北克拉通北缘燕山构造带广泛发育的上侏罗统-下白垩统火山-沉积地层开展年代学和古地磁研究。
图2 采样区域地层柱与锆石U-Pb年代学结果
研究者选择燕山构造带中部的髫髻山组顶部的三个剖面（TJS-TA、TJS-TB、TJS-TC）、土城子组中部一个剖面（TCZ-M）和土城子组顶部两个剖面（TCZ-TA和TCZ-TB）进行锆石U-Pb年代学和古地磁学研究。年代学结果显示（图2），髫髻山顶部火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为~153 Ma。土城子中部的年龄通过火山岩夹层的SIMS锆石U-Pb年龄和沉积岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄联合限定为~147 Ma。土城子顶部火山碎屑岩SIMS锆石U-Pb年龄为~141 Ma。古地磁结果显示，髫髻山组顶部的古地磁方向在地理坐标系下为Dg = 93.5°, Ig = 66.0°（kg = 12.2, α95g = 3.3°），在地层坐标系下为Ds = 10.7°, Is = 50.5°（ks = 41.1, α95s = 1.7°）（图3a）。逐步展平检验结果显示，在91.5%时K值达到最大指示了古地磁方向为原生剩磁方向（图3d），得到的古地磁极为77.3°N, 249.1°E（A95=2.1°, n=162; ~153 Ma）。土城子组中部剖面TCZ-M得到地理坐标系下的古地磁方向为Dg = 20°, Ig = 17°（kg = 15.6, α95g = 3.6°），地层坐标系下为Ds = 9.3°, Is = 38.4°（ks = 15.6, α95s = 3.6°）（图3b）。该剖面为单斜地层无法进行褶皱检验，但是C级倒转检验指示它为原生剩磁。经过倾角浅化矫正后得到可靠的古地磁极为72.3°N, 268.2°E（A95=3.6°, n=103; ~147 Ma）。土城子组顶部在地理坐标系下古地磁方向为Dg = 348.6°, Ig = 56.8°（kg = 14.9, α95g = 3.7°），地层坐标系下为Ds = 9.3°, Is = 52.6°（ks = 28.2, α95s = 2.7°）（图3c）。逐步展平94.1%时K值达到最大（图3e）以及B级倒转检验都指示了其为原生剩磁方向，得到古地磁极为80.4°N, 244.1°E（A95=3.2°, n=104; ~141 Ma）。综合本研究和已发表古地磁结果，研究人员以41°N，121°E为参考点计算了华北克拉通古纬度变化曲线，发现华北克拉通在155-147 Ma期间向南移动了~12°，速度为1.53° Myr-1，紧接着在147-141 Ma期间向北移动了10°，速度为1.61° Myr-1（图4a, b）。
图3 古地磁学结果。（a）髫髻山组顶部特征剩磁结果的赤平投影；（b）土城子组中部特征剩磁结果的赤平投影；（c）土城子组顶部特征剩磁结果的赤平投影；（d）髫髻山组顶部特征剩磁逐步展平检验显示在91.5%时K值最大；（e）土城子组顶部特征剩磁逐步展平检验显示在94.1%时K值最大
该研究认为晚侏罗世的真极移为短期快速型真极移，支持“monster shift”真极移模型。更为重要的是，他们的结果首次构建了晚侏罗世-早白垩世振荡真极移过程（图4c、图4d）。晚侏罗世“monster shift”快速真极移构成了第一段去程式真极移，紧随的晚侏罗世-早白垩世真极移则构成了第二段返程式的真极移，从而完成一次完整的“振荡型”真极移，这与前人对真极移理论研究相一致。
通过将华北克拉通古纬度变化与环境和古生物演化时间序列对比，他们认为，在“monster shift”真极移之前，华北克拉通一直处于北纬35°到40°之间的温暖湿润环境，促进了燕辽生物群的发育和繁盛（168 Ma-159 Ma）。而晚侏罗世“monster shift”真极移导致华北克拉通快速南移了12°到达炎热干旱的副热带高压区，恶劣的环境导致了燕辽生物群的灭绝。早白垩世返程式真极移导致华北克拉通返回到北纬40°左右的温暖湿润环境中，促进了热河生物群的发育（~135Ma，图4b）。不单单是华北克拉通内部的生物演化，该研究还指出，晚侏罗世-早白垩世的“振荡式”真极移事件可能还影响了全球海平面的升降，并导致了全球生物物种数量在此过程中的变化（图4e、图4f）。
图4 晚侏罗世-早白垩世振荡型真极移及其对生物演化的意义
该研究通过华北克拉通的古地磁研究构建了全球晚侏罗世-早白垩世振荡真极移，为侏罗纪真极移模型争论提供可靠的证据，也为研究晚侏罗世-早白垩世东亚及全球生物演化以及环境演变提供了新的视角。
研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（侯祎斐，赵盼*，秦华峰，Ross N. Mitchell，李秋立，郝文星，章敏，Peter D. Ward，袁杰，邓成龙，朱日祥. Completing the loop of the Late Jurassic-Early Cretaceous true polar wander event [J].Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-46466-7.）。研究受国家自然科学基金（42288201）、中国科学院先导项目（XDB0710000）、国家自然科学基金（92155203）和国家青年科学基金（42102015）联合资助。
