新生代构造抬升对地表化学风化和全球气候变化的影响

全球新生代构造抬升 ,特别是南亚喜马拉雅青藏高原和南美安底斯山脉和Altiplano高原在新生代的抬升对地表化学风化和全球气候变化产生了重要影响。它对地表化学风化的影响主要表现为引起造山带地区化学风化能力的提高 ;而它对全球气候变化的影响则主要表现在两个方面 ,一是直接的物理影响 ,即通过对大气和海洋循环的影响来对大气变化产生作用 ;一是通过对地表硅酸盐岩石的化学风化造成大气CO2 变化和全球温度的改变 ,从而对气候变化产生间接的生物化学效应。目前看来 ,新生代构造抬升造成的大气CO2 浓度减少是造成全球新生代气候变冷的重要原因。这已得到了近 10年来计算机大气环流模型 (GCMs)数值模拟和野外实验研究的支持 ,但在关于地表化学风化的主要控制因素 ,以及海洋Sr同位素是否可作为反映地表化学风化速率变化的替代性标志和气候变化反馈机制等方面 ,还需要作进一步研究。     

大陆风化与全球气候变化

:“构造隆升驱动气候变化”的假说是当前解释新生代以来全球气候变冷的主流观点。该假说把新生代以来发生的几个主要现象 ,即全球气候总体上趋冷 ,大气 CO2 浓度下降 ,海洋 87Sr/ 86Sr比值上升 ,以及构造作用引起的大面积隆升等加以有机的联系 ,给以了合理的解释。近几年围绕大陆风化和全球气候变化问题取得了一些新的进展 ,主要是对发源于喜马拉雅山的河流进行研究 ,探讨青藏高原隆起对于大陆风化速率的影响。这些争论主要是有关硅酸盐风化还是碳酸盐风化 ,有机碳的风化与埋藏 ,大陆风化与大气温度 ,大气 CO2 浓度与大气温度等问题。最后介绍了我国研究人员在黄土高原的黄土沉积地层所作的研究工作和取得的成果。     

不同构造带硅酸盐化学风化率的制约:气候还是构造?

虽然构造—风化-气候之间的制约关系仍然存在各种争论,但无疑的是,硅酸盐矿物的化学风化是调节地质时间尺度全球大气二氧化碳分压,进而保持地球表层气候稳定的关键性因素。目前最大的挑战在于如何理解地表制约硅酸盐矿物化学风化的因素,特别是当仅仅从气候要素变化难以解释长时间尺度硅酸盐化学风化率的时候。综合不同构造区内岩石物理剥蚀率和硅酸盐化学风化率的数据表明,不同时间、空间尺度硅酸盐风化率与构造和气候之间既存在相互耦合也存在矛盾的关系,仅仅归因于单一要素是不能得到圆满解释的。构造隆升区的强剥蚀可能是造成硅酸盐风化率增加的重要因素之一,但是将晚新生代地表系统的各种变化与各构造带（如青藏高原）的阶段性隆升联系起来可能是草率的。在不同类型构造带内,气候和构造对硅酸盐风化的制约并非是相互排斥的,特别是长时间尺度,因此“构造隆升-化学风化-气候变化”假说也正面临着全新的挑战。     

喜马拉雅河流Sr同位素异常源岩研究现状及研究进展

海洋Sr同位素的变化主要是由陆地河流注入的Sr同位素的变化所引起。在全球河流中,流经喜马拉雅山地河流（恒河—布拉马普特拉河）表现出与世界上其它河流明显不同的特点,具有高87Sr/86Sr、高\[Sr\]的特征。恒河—布拉马普特拉河是世界上第四大河流,是当今世界海洋Sr的重要来源。国际上,目前人们对造成喜马拉雅河流Sr异常的原因（来源）的认识,仍存较大分歧。归纳起来,主要有3种认识：一是认为来源于硅酸盐岩;二是认为来源于碳酸盐岩的风化;三是认为来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化。近年来,作者对高喜马拉雅中央结晶岩系河流Sr同位素异常及其源岩进行的研究表明,高喜马拉雅河流Sr同位素受流域地质作用的强烈影响,呈现出高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特点。对岩石和单矿物的研究表明,中央结晶岩系变质岩（片岩、片麻岩）和花岗岩黑云母中的87Sr/86Sr与\[Rb\]成正比并具有高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特征。黑云母矿物具有的易风化性,为高喜马拉雅河流放射性87Sr提供了主要来源。恒河—布拉马普特拉河的Sr异常（高87Sr/86Sr和高\[Sr\]）则可能是反映了流经整个喜马拉雅造山带河流Sr混合平衡后的特征。     

新生代全球变冷与青藏高原隆升的关系

文中综合分析可以影响新生代全球变冷的四种原因,提出青藏隆升对新生代大气ＣＯ２浓度降低起主导作用,对新生代全球气温的降低起关键控制作用。这种作用是通过青藏高原隆升加剧全球硅酸盐岩和碳酸盐岩的化学风化、有机碳埋藏、植物的光合作用来实现的。而且,青藏高原隆升有可能同洋流改变和行星轨道参数变化于第三纪末至第四纪共同对新生代全球变冷起控制作用。因此,目前首先解决的科学目标应该是：精确刻划青藏高原隆升时代和幅度,并确定青藏高原隆升对新生代全球变冷的贡献,确定一种以青藏高原隆升为主导作用的控制新生代全球变冷的综合模式。     

14ka以来东亚季风区典型流域硅酸盐岩化学风化过程

<正>大陆岩石化学风化作为大洋可容元素的主要来源,在大洋生物-地球化学循环中起着至关重要的作用,硅酸盐岩化学风化通过调节大气CO2浓度而稳定着全球气候变化[1]。大陆硅酸盐岩化学风化受到岩性、构背景以及气候因素的多重控制,但硅酸盐岩化学风化是全球碳循环过程中的一种负反馈作用,还是气候变化的驱动者?两者之间的相互作用机制仍然存在很大争议,研究大陆硅酸盐岩化学风化对过去气候变化的响应过程是解决这些争议的关键[2-3]。然而,受到风化产物物源、搬运过程,沉积环境变化的多重影响,     

地表过程与盐湖学中锂同位素地球化学应用

由于具有较大的相对质量差异,锂同位素在地球化学过程中分馏程度较高。尤其是在地表环境中,锂同位素分馏现象最为明显。本文介绍了锂元素的基本性质,讨论了锂同位素分馏行为以及存在的争议。其次,地表环境中河水或海水锂同位素特征作为构造事件和气候变化的地球化学响应,可反映区域构造、气候条件以及风化程度,并且有可能作为定量计算大陆硅酸盐风化CO_2消耗量的指标。另外,在现阶段盐湖学研究中,锂同位素主要用来示踪盐湖锂的物质来源,同时也应结合其它示踪元素,共同研究锂资源来源以及找矿问题。但能否利用盐湖沉积物或者卤水的锂同位素组成来定量计算硅酸盐化学风化过程CO_2消耗量,为全球碳汇及相关古气候、古环境研究提供依据,还有待做更深入的细致调查与验证。     

高喜马拉雅康布马曲和波曲河流放射成因^87Sr源岩追踪研究

虽然喜马拉雅河流Sr同位素对现代海洋Sr同位素产生了重要影响,但国际上目前对有关喜马拉雅河流Sr同位素异常源岩（如放射成因87Sr的来源）的认识仍存在着较大争议。为此,笔者等对高喜马拉雅河流波曲和康布马曲在中国境内河水主要离子化学和Sr同位素进行了分析研究,对河流放射性87Sr的来源进行了追踪研究。笔者等的研究数据表明,高喜马拉雅康布马曲和波曲河流主要离子水化学主要是受硅酸盐岩风化的影响。青藏高原河流河水TDS和HCO3-主要受岩性控制,片麻岩和花岗岩区河流TDS〈100（mg/L）、HCO3-〈60（mg/L）,沉积岩区河流TDS〉100（mg/L）、HCO3-〉60（mg/L）,除受蒸发盐岩和地下卤水影响的河流外,河水中HCO3-与TDS成正比,但河水中Si与TDS的关系并不明显。高喜马拉雅河流具有高n（87Sr）/n（86Sr）、低Sr的特征,河流Sr是主要来自于中央结晶岩系硅酸盐岩片麻岩和花岗岩的风化,而片麻岩和花岗岩中具有高n（87Sr）/n（86Sr）、低Sr特征的黑云母的风化应是河流放射成因87Sr的主要来源。     

粤北石灰岩化学风化过程中的Sr-Nd同位素

石灰岩化学风化显著控制着其所在流域盆地的河水Sr同位素组成,进而制约全球Sr循环。然而,石灰岩化学风化过程中Sr同位素组成的变化特征及其控制机制的研究报道依旧很少。本文通过报道粤北地区一个典型石灰岩风化剖面的Sr同位素组成变化特征,试图探讨石灰岩化学风化过程中Sr同位素变化的控制机制。结果显示:该剖面上,~(87)Sr/~(86)Sr比值介于0.70979~0.72216之间;自剖面底部到顶部,~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势;Nd同位素组成比较均一(εNd(t)=–15.0±0.5)。研究区的潜在源区(如大气降水、地表水),其~(87)Sr/~(86)Sr比值明显低于该剖面上部的最大值,加之,该剖面的风化产物与典型的中国黄土剖面具有截然不同的Sr-Nd同位素组成,暗示了这些潜在源区的输入不大可能造成该剖面上Sr同位素组成发生显著的变化。该剖面上~(87)Sr/~(86)Sr比值与Sr含量之间呈现显著的负相关性(r=–0.95),暗示粤北石灰岩化学风化过程中Sr同位素的演化受控于碳酸盐矿物与硅酸盐矿物在抗风化强度以及Sr同位素组成方面的显著差异:相对硅酸盐矿物,碳酸盐矿物(如方解石)抗风化强度较弱,于是随着风化作用的进行,原岩中具有较低~(87)Sr/~(86)Sr比值的方解石中的Sr大量迁出剖面,而具有较高~(87)Sr/~(86)Sr比值的硅酸盐矿物中的Sr残留在风化产物中,因此,随着风化强度的增加,风化产物中的~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势。     

塔西台地寒武纪沉积环境演化与海陆耦合

碳酸盐岩台地作为陆地与深海间的过渡带,其沉积记录了海洋和邻近陆地的演化。结合已有的沉积学工作,对塔里木盆地西部台地寒武系碳酸盐岩进行全岩及酸不溶物地球化学研究。塔西台地寒武纪主要发育局限台地、局限-蒸发台地或蒸发台地相沉积。碳酸盐岩的地球化学特征主要受沉积环境和成岩作用影响,对研究区寒武系白云岩来说,其元素组成极易受沉积微相的控制,氧同位素组成则很可能已被成岩作用改造,仅原生、准同生白云岩的Sr/Ba、Fe/Mn和C同位素可反映沉积相演化对应的古盐度、离岸距离等沉积环境特征的变化,酸不溶物化学蚀变指数（CIA值）则指示邻近陆地的化学风化强度与气候特征。寒武纪时期,塔西台地在相对海平面较高时发育局限台地相沉积,以水体盐度较低、沉积环境离岸较远和生物活动相对较弱为特征,陆地化学风化强度适中,气候温暖湿润;在相对海平面较低时发育蒸发台地相沉积,具有水体盐度较高、沉积环境离岸较近和生物活动相对较强等特点,陆地化学风化强烈,气候炎热极端;在相对海平面适中时发育局限-蒸发台地,沉积环境和邻近陆地的特征介于前述二者之间。沉积相演化对应的较长周期的海陆演化可能主要受全球海平面升降及宏观气候变化控制,具体表现为相对海平面升降所导致的海相沉积环境的变化,以及气候变化引起的陆地化学风化强度的变化。寒武纪塔西台地所处区域的海洋-陆地演化具有高度耦合的特征。     

青藏高原的隆起与海洋锶同位素组成的演化

近年来,随着构造隆升驱动气候变化假说的提出,青藏高原的隆起受到越来越多的关注,并将之与大陆化学风化速率及海洋锶同位素的演化紧密联系。围绕青藏高原的隆升及其环境与气候效应,对海洋锶同位素组成的演化特征及其影响因素的较为全面而详细的论述表明:将青藏高原的隆升与全球气候变化、大陆化学风化速率及海洋锶同位素组成的演化相联系,也许是解决目前关于海洋锶同位素组成的演化及其物源问题的重要手段,根据海洋锶同位素的演化历史来研究全球气候变化规律及青藏高原的构造演化历史将是本研究领域的重点。     

中新生代海水锶同位素演化和古海洋事件

中新生代是地质历史中海水锶同位素组成变化最大的时期。晚白垩世以来海水N(87 Sr)/N(86Sr)值的持续上升与全球海平面的持续下降有关。喜马拉雅造山运动造成了40 Ma以来N(87 Sr)/N(86 Sr)值上升速度的显著加快;侏罗纪—早白垩世海水锶同位素的变化在很大程度上受泛大陆的解体控制,该地质事件使侏罗纪—早白垩世海水锶同位素总体上呈降低趋势;二叠/三叠纪界线的生物绝灭事件及界线后三叠纪初期的生态萧条控制了晚二叠世—早三叠世海水的锶同位素组成,早三叠世在全球海平面上升的背景下反而出现了锶同位素比值的急剧上升,单位时间的上升幅度居显生宙之首。与二叠/三叠纪界线生物绝灭有关的全球大陆植被的缺乏和风化速率加快是其主要控制因素;发生于中生代的海相红层事件记录了海水锶同位素比值的上升,显示风化作用的加剧可能诱发海相红层;但晚白垩世的大洋红层对应着全球海平面下降,其成因还与在全球变冷的背景下,温度较低且富氧的大洋表层水以及从两极向赤道方向运动的低温富氧海水与大洋深层水交换并造成大洋底层水富氧和沉积物的氧化有关。中生代的三次大洋缺氧事件均发生在锶同位素下降的时间间隔中,这与洋中脊洋壳生产和有关热液活动的增加有关,洋壳生产的增加导致了CO2 排气作用的增强和全球变暖,最     

Constraints on paleowater dissolved loads and on catchment weathering over the past 16 ka from Sr/Sr ratios and Ca/Mg/Sr chemistry of freshwater ostracode tests in sediments of Lake Constance, Central Europe

Sr isotope and Ca/Mg/Sr chemical compositions of freshwater ostracode tests separated from a sediment core represent the last 16 ka of sedimentation in Lake Constance, Central Europe. The chemical evolution of the paleowater's dissolved load of Lake Constance was estimated by correcting the ostracode data for Ca/Mg/Sr fractionation due to biogenic calcification. Since the Late Pleistocene deglaciation, the Ca/Sr molar ratios of paleowaters increased systematically from about 100 (a near marine signature) to about 200. Ca/Mg molar ratios varied in the range of 1–25. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios indicate Late Pleistocene paleowater compositions of 0.7086–0.7091, significantly more radiogenic than present day waters (0.7085). Sr isotopes and Ca/Mg/Sr chemical data together show that weathering of Mesozoic evaporites consistently dominated the dissolved Sr load (80–90%). Carbonate and silicate weathering were less important (1–10%). Trends of Sr dissolved loads were therefore not related to Mg which was mainly mobilized by carbonate weathering. Biotite weathering was an important source of radiogenic Sr in the paleowaters. The short-term release (duration about 600–800 years) of radiogenic Sr during glacier retreat started 15.2 ka ago and was due to enhanced biotite weathering at the glacier base. Long-term release of radiogenic Sr was due to biotite weathering in glacial soils and silicate rocks, and has gradually declined since the Late Pleistocene/Holocene transition.     

Stable Strontium Isotopic Fractionation During Chemical Weathering in Drainage Basins: Mechanisms and Applications

The new non-traditional stable strontium (Sr) isotope has aroused great attention from academic scholars in terms of the continental weathering and marine Sr cycle. The analytical precision of stable Sr isotope using mass spectrometry is better than 0.03‰. The compiled δ⁸⁸/ ⁸⁶Sr values vary from -3.65‰ to 1.68‰ in natural reservoirs. Recent findings indicate that multiple processes can cause stable Sr isotope fractionation in Earth surface, including the incongruent dissolution of primary minerals, the formation and adsorption of secondary minerals, the precipitation of calcium carbonate, and the biological cycling. These processes lead to higher δ⁸⁸/ ⁸⁶Sr in the liquid phase and lower δ⁸⁸/ ⁸⁶Sr in the solid phase, and thus result in different geochemical behavior of stable Sr isotopes in water and sediment during the weathering processes. The δ⁸⁸/ ⁸⁶Sr values of river sediment decrease with the increase of weathering intensity, which has the potential to indicate chemical weathering intensity. Meanwhile, further study on the fractionation mechanisms and constraints of stable Sr isotopes in river water plays an important role in tracing chemical weathering processes within the watershed, which will lead to a better understanding of the global ocean Sr cycle.     

Eustasy and sea water Sr composition: application to high-resolution Sr-isotope stratigraphy of Miocene shallow-water carbonates

Oceanic ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr‐isotope ratios are strongly influenced by rates of silicate weathering and therefore linked not only to glaciation but also to sea‐level change. The present study combines analysis of sequence stratigraphy and basin architecture with Sr‐isotope stratigraphy in Miocene shallow‐water sediments in southern Portugal and Crete (Greece). The common method is to use smoothed global sea water Sr‐isotope reference curves but here a different approach is chosen. Instead, measured Sr‐isotope curves are correlated with unsmoothed reference curves by identification of similar fluctuations in the order of several 100 kyr. Transgressive intervals are characterized by increasing Sr‐isotope ratios interpreted as corresponding to intensified silicate weathering as a consequence of deglaciation, while lowstand deposits have low Sr‐isotope ratios. Comparison of Sr‐isotope curves and sedimentary sequences in the studied basins with independent global δ¹⁸O data and data on global sea‐level might suggest a general relationship, supporting a connection to global climate change. Because of these relationships, the method presented herein has a high potential for use in high‐resolution age dating and is also applicable in shallow‐water sediments.     

地壳风化系统中的Sr同位素地球化学

近20年来,人们利用Rb－Sr同位素体系对地表－近地表地球化学过程、尤其是水圈－岩石圈之间化学物质的循环进行了广泛而深入的研究。大陆地壳风化物质以及地表径流的Sr同位素组成变化揭示了不同流域盆地的地质背景和风化作用的特征。古海洋的Sr同位素组成变化则是地壳和地幔演化以及不同地质历史时期壳－幔相互作用的共同结果。本文对地壳风化系统Sr同位素地球化学研究的全面而详细的综述表明,Rb－Sr同位素体系仍将是研究地壳风化、水圈－岩石圈之间化学物质循环的重要手段,根据古海水及其化学沉积物的Sr同位素记录研究壳－幔演化和地球圈层演化过程中的物质循环特征以及地表古环境变化将是本研究领域的重点。     

Crustal thickness,rift‐drift and potential links to key global events

Orogenic crustal thickening leads to increased continental elevation and runoff into the oceans, but there are fundamental uncertainties in the temporal patterns of thickening through Earth history. U‐Pb age and trace element data in detrital zircons from Antarctica are consistent with recent global analyses suggesting two dominant peaks in average crustal thickness from ~2.6 to 2.0 Ga and ~0.8 to 0.5 Ga. Shifts in marine carbonate ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios show two primary peaks that post‐date these crustal thickness peaks, suggesting significant weathering and erosion of global continental relief. Both episodes correlate well with zircon trace element and isotope proxies indicating enhanced crustal and fluid input into subduction zone magmas. Increased crustal thickness correlates with increased passive margin abundance and overlaps with snowball Earth glaciations and atmospheric oxygenation, suggesting a causal link between continental rift‐drift phases and major transitions in Earth's atmospheric and oceanic evolution.