太平洋北部铁锰结核富集区沉积物和间隙水中Fe,Mn,Ca,Mg的地球化学

本文利用太平洋北部铁锰结核富集区(富集度1.1—22.0kg/m~2)7个柱状样的沉积物和间隙水资料,详细探讨了其Fe,Mn,Ca,Mg的地球化学特征。结果表明:(1)沉积物中Mn明显的比河口、陆架及贫结核洋区富集,而Fe则与河口沉积物相接近;(2)沉积环境不同,沉积物和间隙水中元素的垂直分布和进入间隙水的途径不同;(3)沉积物中Fe,Mg主要来自粘土吸附,Ca来自生物化学作用沉积,而Mn则可能通过河口、陆架及半深海沉积物次表层Mn的迁移、生物化学及附近海底火山作用而富集;(4)由于钙、硅软泥区生物作用强烈,使间隙水中Mn~(2+)/Fe~(2+)比值明显的比钙质软泥和褐色粘土区大,这在某种程度上支持了结核中Mn组元素的沉积物来源。     

长江口及邻近陆架区表层沉积物和间隙水中锰的地球化学

本文通过对长江口及邻近陆架区10个站位表层沉积物和间隙水中锰、有机碳、硫化物和细菌的资料研究表明:沉积物中锰的变化范围为0.062—0.123％,平均含量为0.091％。间隙水中Mn~(2+)的变化在0.03—8.00ppm之间,平均含量为1.27ppm。沉积物中锰由河口向海洋减少,表层高于深层;间隙水中锰由表层向下递增。间隙水中Mn~(2+)主要来自沉积物中Mn~(4+)的还原,这种还原作用并不是沉积物中硫化物引起的,而是在细菌的媒介下,Mn~(4+)参与沉积物中某些有机物的降解反应时获得电子后被还原的,故它的含量和分布主要受细菌控制。     

南海铁锰结核(壳)的稀土元素地球化学

于1987年5—6月间,中、西德在南海进行地球科学调查,获得5个铁锰结壳、6个铁锰结核样品。本文在利用X荧光法测定15个稀土元素的基础上,对南海铁锰结核(壳)的稀土丰度、配分模式与伴生元素的关系以及稀土的来源作了较为详细的探讨。研究表明,南海铁锰结核(壳)的平均丰度为1625×10~(-6),铁锰结核为2167×10~(-6),分别要比太平洋结核高1—2倍,比太平洋北部沉积物高3—4倍,比南海沉积物高10—20倍;结核和结壳的稀土经球粒陨石标准化后的配分模式基本相同,Ce正异常,Eu亏损不明显;与伴生元素、沉积物及岩石稀土对比研究表明,结核(壳)中稀土主要来自南海中酸性岩类风化、淋漓后缓慢沉积。     

辽东湾海底铁、锰的氧化还原过程及化学成岩作用

于1988年6—7月在辽东湾进行了调查,对其沉积物间隙水中Fe~(2+),Mn~(2+)及有关参数的测定结果及相关分析表明,铁、锰平面与垂直分布类型的不同是由于Fe~(2+),Mn~(2+)氧化还原速率、扩散速度及控制体系不同的综合结果,得出Fe(Ⅱ,L)+S_2~(2-)→FeS_2(s)和Mn(Ⅳ,s)→Mn(Ⅱ,L)是控制辽东湾间隙水中Fe~(2+),Mn~(2+)浓度的主要体系,并用氧化还原界面层的一种简单模式讨论了铁、锰转移与其浓度-深度分布形状的关系。本文还应用Fick第一定律直接计算了沉积物-海水界面间铁、锰扩散转移通量。     

东海沉积物间隙水中的碳酸盐及铁、锰的控制体系

本文根据1987年所采样品研究了东海沉积物间隙水中的碳酸盐、铁和锰。结果表明:长江口外区沉积物中的方解石有一定程度的白云石化;冲绳海槽区及台湾海峡北沉积物中有比较强的CaCO_3溶解作用,CaCO_3溶解产生的Ca~(2+)占间隙水中总钙的20—53％;三个区域均有部分的方解石转化为磷灰石;在东海沉积物间隙水中铁由“Fe_2O_3-SO_4~(2-)-FeS_2”体系控制,高价铁被还原生成的Fe~(2+)和SO_4~(2-)还原产生的S~(2-)可形成黄铁矿(FeS_2)沉淀;而锰受MnCO_3溶解和沉淀控制,MnCO_3溶解产生的Mn~(2+)可占间隙水中总Mn~(2+)浓度的60—80％。锰受氧化还原作用影响小。     

长江口及邻近陆架区沉积物和间隙水中铁及其与细菌的关系探讨

本文通过对长江口及邻近陆架区12个站位的柱状沉积物、间隙水和细菌资料分析,指出了研究区沉积物和间隙水中铁的分布特征,并与细菌、地质资料对比研究、从生物地球化学角度对间隙水中铁的来源及其控制因素作了初步探讨。资料研究表明,沉积物中铁主要赋存于细粒沉积物中,腐植酸中铁由河口向陆架减少。间隙水中铁主要来自沉积物中高价铁,在弧菌科(Vibrionaceae)和假单孢菌属(Pseudomonas)细菌的媒介下,参加了沉积物中某些有机物的降解反应,接收了有机物的电子后被还原,其含量和分布主要受控于参加媒介作用的细菌。     

赤道太平洋东北部充氧深海沉积环境中成岩铁锰结核的生长

深海矿物沉积物,如铁锰结核和结壳,热液沉积物等,由于具有较高的经济潜力（尤其是出现于Ｃ—Ｃ区的铁锰结核）人们对其进行了最广泛的研究。Ｃ—Ｃ区中的成岩铁锰结核与水成结核相比富集１０Ａ°－水锰矿、Ｃｕ和Ｎｉ。然而,Ｃ—Ｃ区沉积物的孔隙水中富含溶解氧（有数十个μＭ）,其氧化还原条件不适合于过渡金属的再活化作用。ＫｌｉｎＲｈａｍｍｅｒ等（１９８２）断定中赤道太平洋的成岩铁锰结核中的Ｍｎ不是通过孔隙水向上扩散来供给的。Ｇｒａｙｂｅａｌ和Ｈｅａｔｈ（１９８４）根据沉积物的淋滤顺序,也报道了在目前的充氧深海…     

赤道东北太平洋沉积物间隙水中溶解有机碳的分布特征

沉积物间隙水中的溶解有机碳(DOC)是沉积物有机质矿化过程中的中间产物[1],沉积物中的有机质通过微生物水解和(厌氧)发酵等方式溶解成各类具有不同分子量的有机化合物,通常总称为溶解有机碳,并释放到沉积物间隙水中.而溶解有机碳又进一步被细菌等微生物所利用,最终被氧化为溶解无机碳,完成有机质的矿化过程.因此,沉积物间隙水中DOC的浓度是消耗和生成之间平衡的结果[1].已有的研究表明,沉积物间隙水中DOC的含量显著高于底层水体中DOC的含量,导致其向底层水体的扩散;近期的研究也表明,来自海底沉积物的DOC通量是底层水体中DOC的重要来源,是海洋有机碳储库中的重要组成之一[2~4].     

中太平洋北部锰结核的主要元素化学

本文测定了中太平洋北部锰结核的主要化学元素的含量。研究表明,元素的含量分布与组成锰结核的主要矿物有关;与共生元素及渗入锰结核中的粘土矿物和其他碎屑矿物有关。文中还指出了锰结核中富Mn贫Ca,沉积物中富Ca贫Ti,而沉积物对Ca的富集又与海洋生物相关。同时说明,Mg在锰结核与沉积物之间的交换比例约为1∶1。锰结核区的海水深度、pH和Eh值的大小对锰结核的形成产生重要影响。     

几个不同产地铁锰结核的研究

自1872—1876年间英国《挑战者》号调查船从大洋底打捞到铁锰结核之后,美国、西德、法国、日本、苏联、加拿大、比利时、荷兰、挪威、瑞典、新西兰等国出于对后备资源的关切,也先后对各大洋的铁锰结核进行了调查研究.与此同时,许多外国学者对铁锰结核的形态、内部特征、矿物和化学成分及其成因等进行了详细的研究.1978—1979年间我国首次由《向阳红09》号调查船从中太平洋西部海底打捞到部分锰结核样品,并由国家海洋局第一海洋研究所进行了研究.笔者自1981年以来,先后收集到六个不同产地的八个铁锰结核样品.它们分别采自太平洋、大西洋、冲绳海槽、日本陆地第四纪沉积物中和我国胶县与峻山县第四纪沉积物中.为了对这些不同产地的结核进行比较,以及进一步探索它们的形成机制,运用光片、薄片鉴定,化学分析、差热分析,红外光谱分析和电子探针分析等方法进行研究.     

太平洋铁锰结核与富Co结壳的矿物地球化学比较研究

本文对采自东太平洋CC区的2块不同类型的铁锰结核及中太平洋麦哲伦海山的1块富Co结壳,采用XRD和ICP-MS(AES)等分析研究方法,进行了矿物地球化学的比较研究。结果表明:铁锰结核主要由水羟锰矿及钡镁锰矿组成,富Co结壳主要以水羟锰矿为主。与2块铁锰结核相比,富Co结壳总体上Cu、Al、Na含量较低而Co含量较高;两块不同类型的结核相比较,水成型铁锰结核的P、Ti含量较高,而成岩型铁锰结核的Cu、Ni含量较高。3块样品的稀土元素含量均较高,为(521.8~1 424.15)×10-6。REE分布型式总体呈平缓型,(La/Yb)N为0.72~1.01,并具程度不同的Ce、Eu正异常。经估算,富Co结壳的生长速率为1.92~4.24mm/Ma,水成型铁锰结核的生长速率为1.31~14.29 mm/Ma,成岩型铁锰结核的生长速率为11.24~76.32mm/Ma。并根据铁锰结核的化学成分变化推测了其生长环境的变化。     

太平洋北部沉积物的元素地球化学特征

本文根据太平洋北部铁锰结核调查时所取得的7个相对富集结核站位的沉积物化学资料,通过与河口、陆架及贫结核洋区的资料比较,探讨了上述站位沉积物中Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Ca、Mg、Si和C_(有机)的元素地球化学特征。     

盐场海芽孢杆菌与大洋铁锰结核相互作用

本文研究了盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)与大洋铁锰结核的相互作用过程,以及海洋微生物在铁锰结核形成中的作用。实验选取从深海沉积物中分离培养的盐场海芽孢杆菌(Marinibacillus campisalis)和大洋铁锰结核样品进行相互作用实验,设置有菌组和无菌组,培养过程中间隔取样分析。运用X射线荧光光谱(XRF)分析测定大洋铁锰结核元素组成,通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定反应过程中Fe、Mn、Co、Ni、Cu等离子浓度的变化,通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析微生物表面情况,利用X射线衍射(XRD)分析手段测定铁锰结核矿物组成的变化。实验进行1天内细菌处于对数生长期,有菌组的Fe、Mn等离子浓度增加; 2—7天内细菌处于稳定期, Fe、Mn等离子浓度有一定程度降低,但总体浓度均大于无菌组的离子浓度,金属离子被吸附在菌体表面,新形成了简单的含Fe化合物和矿物;实验结束后,XRD分析结果显示样品的矿物含量,如菱铁矿、赤铁矿和针铁矿等有轻微程度的增加。研究表明盐场海芽孢杆菌(Marinibacilluscampisalis)能够促进释放铁锰结核中的Fe、Mn等元素,同时对释放出的金属离子又有富集作用,并能够诱导新矿物的形成。本研究为深入了解铁锰结核的生物成因提供了新的依据。     

锰结核生长的古海洋环境与事件

本文通过东太平洋海盆、中太平洋海盆锰结核、云南东南部土壤锰结核及原生沉积锰矿特征及形成环境的对比研究,表明:(1)海洋水深,地形、生物生产力与水—沉积物界面的Eh、pH值等是控制锰结核物质成份、生长速率及分布格局的重要因素,(2)南极底层流和深海沉积间断的形成发展是造成锰结核生长间断的关键,(3)新生代低海平面时期可能是锰结核生成的重要时期。     

中太平洋北部第四系硅藻组合及其地质意义

国家海洋局“向阳红16”调查船于1983年5月至7月对中太平洋北部进行了锰结核调查,以期了解太平洋锰结核资源的分布情况及寻找富矿区,取得研究锰结核形成机制和富集规律的第一手资料,同时开展调查区沉积物物源、分布规律、沉积物类型、沉积速率以及沉积物与锰结核的关系的研究.本文系统分析了这次锰结核调查时所采集的表层和柱状样品,除少数几个外,所有样品均见到丰富的硅藻化石,为该区第四系地层的划分及其古气候、古地理研究提供了依据.     

海洋生物生产区沉积物中锰矿石生成作用的特点和地球化学

以研究铁锰结核表层（〈2mm）以及采自结核周围沉积物表层（0-7cm）中4个粒级锰质微结核为例，探讨了赤道太平洋北部沉积物中自生锰矿石的生成过程。展示了结核成分的不均一性。采自其侧翼水一沉积物边界上的样品中Mn／Fe的比值最大。     

南海深海平原铁锰微粒的初步研究

本文对南海深海平原的铁锰微粒进行了矿物学、化学特征的研究,并与大洋锰结核进行对比和环境分析,提出成矿物质主要来自亚洲大陆,属低Co低Ni的大陆边缘海型铁锰沉积物。     

铁锰结核结壳生长过程的一种理论假设

铁锰结核成矿物质的直接来源是大洋底层水和沉积物孔隙水，结壳只有底层水，因此，底层水和孔隙水的物理化学特征就成为理解铁锰结核（壳）成矿作用特征与过程的关键。铁锰结核（壳）内部构造的两个明显特征是：①韵律性的环状纹层构造，和②树枝状构造，这两种构造是典型的远离平衡的非线性地质作用的产物。正常情况下，海底水—沉积物界面系统的底层水、孔隙水中Ｍｎ、Ｆｅ是不饱和的。因此，铁锰结核（壳）不可能在平衡状态下连续生长。本文提出铁锰结核（壳）生长的自反馈“振荡式”模型。     

海底水－沉积物界面系统中稀土元素的变化及配分特征

本文利用”大洋多金属结核调查“期间”海洋4“号调查船HY₄-871、881航次在东太平洋海盆取得的底层水、沉积物、间隙水及多金属结核样品,对比研究了稀土元素(REE)在海底水-沉积物界面系统不同物质相中的分布变化及配分特征。结果表明,在大洋氧化性沉积物间隙水中REE相对于底层水亏损。除Ce外,沉积物与多金属结核REE含量较为接近。底层水、沉积物、间隙水REE配分特征极为相似,都表现出中稀土相对于轻、重稀土的轻度分离和富集,Ce表现为负异常。多金属结核中中稀土也有类似的富集倾向,但Ce主要表现为正异常。随深度的增加,沉积物REE含量增加,但其配分模式不变。     

对海底锰结核结构有新发现

苏联的海洋生物学家在对海底锰结核的观察中发现了许多圆形的、管状的和线状的细菌沉积物。它们只有在大功率的显微镜下才能被看清。 把这些细菌沉积物与微生物学书中描写的细菌进行对比表明,它们的形状和大小都很象分布在陆地而且现在还活着的微生物;而这类细菌通常是生存在含有铁、锰矿石的地方。