腕足壳体与碳酸盐岩全岩中碳、氧、锶同位素差异

利用碳酸盐岩中的地球化学信息反演是研究地质历史时期古环境、古气候变化的一种常用手段.上世纪八十年代前,学术界一直将碳酸盐岩全岩样品作为研究对象.近年来,腕足化石壳体引起了科学家的注意,认为相比碳酸盐岩全岩样品,腕足壳体能更为完好地保存原始的地球化学信息.研究通过对比四川龙门山泥盆纪腕足化石和碳酸盐岩全岩样品中碳、氧、锶同位素(黄思静、卢长武等人数据),发现腕足化石中氧同位素明显高于碳酸盐岩全岩;但碳、锶同位素基本一致.上述结果表明:相比腕足化石,碳酸盐岩全岩样品蕴含的地球化学信息虽有所差异,但在大多数情况下,尤其是缺乏腕足化石的时期,碳酸盐岩全岩蕴含的地球化学信息照样可以反演地质历史时期的古环境变化,尤其是碳、锶同位素.     

有孔虫壳体的Mg/Ca比值在古环境研究中的应用

有孔虫壳体的Mg/Ca比值测定是目前估算海水古温度最受重视的方法,适用于低纬和高纬、表层和深层海水古温度的测定。该方法理论误差仅为±1.1℃,考虑到盐度以及海水pH值的影响,其误差为±1.3℃。运用此法推算出的热带海区表层海水温度领先于全球冰盖的变化,是热带过程调控冰期旋回最强有力的证据之一;与氧同位素相结合,还成功地运用于全球冰量的估算,是目前古环境研究中较常用的古温度测试手段。     

泥盆纪海水的碳、氧同位素变化——来自腕足化石的同位素记录

生物壳体中的碳、氧同位素一直被用来反演地质历史时期海水同位素组成。具有较强抵抗成岩后生作用(低镁方解石)的腕足化石,分布广泛,被认为是反演古生代海水同位素的理想样品之一。本文通过对四川龙门山泥盆纪保存完好的腕足化石碳、氧同位素的提取,建立该时期海水同位素变化曲线,并对其控制因素进行探讨。研究显示：碳同位素组成在~2‰~+2‰(PDB下同)之间变化。其间经历3个旋回,其相对高值分别对应龙门山地区其中3个成礁期。同时因海平面变化不同,碳同位素表现出正偏幅度的不同。表明生物生长以及海平面变化共同控制着海水碳同位素组成,且生物生长对其影响较大。氧同位素组成在4‰~ -10‰之间变化。在埃姆斯阶对应的甘溪组、谢家湾组以及二台子组时期,氧同位素从-10‰逐渐升高到-6‰。但相对于世界其他地区该时期氧同位素偏低-2‰~ -4‰。可能原因是早期处于封闭海洋环境的平驿铺群时期,淡水注入造成海水氧同位素严重偏负。埃姆斯阶全球海平面上升,广海海水同化作用,氧同位素不断上升。从养马坝至小岭坡组时段内,氧同位素在-4‰~ -6‰之间变化,同世界其他地区相当。其幅度变化表明：温度可能是其控制因素。     

龙门山地区早泥盆世古海洋环境——来自腕足类壳体的地球化学证据

四川龙门山地区泥盆系是解决我国华南区与西北区及国外泥盆系对比的纽带,也是全球古生代气候变化对比研究的一个重要地区。但该地区早泥盆世古海洋环境研究一直缺乏同位素地球化学方面的证据,影响到该地区泥盆纪地球化学记录与世界其他地区的对比,进而影响全球范围内的古生代气候变化对比研究。针对这一问题,我们通过龙门山地区早泥盆世保存完好的腕足化石稳定同位素地球化学研究,对该地区早泥盆世海洋的古地理环境特征进行了探讨。保存鉴定结果显示:腕足化石壳体结构保存完整;阴极射线照射下壳体不发光或部分壳体呈微弱橙黄色;大多数壳体微量元素Mn < 250 μg/g、Sr > 400 μg/g。表明腕足化石保存完好,后期成岩作用影响微弱。同位素结果揭示龙门山地区δ18O值在-4.5‰ ~ -9.9‰(PDB下同)之间,明显低于该时期世界其他相同纬度地区的δ18O值 (-1.7‰ ~ -6.9‰);微量元素Fe、Mn含量变化与氧同位素组成变化呈反相关系。这说明龙门山海域当时处于海水同开阔海水交流不畅,海水化学成分受陆源淡水注入控制。这一发现从同位素地球化学角度对龙门山古海洋环境做出了判别,为龙门山地区同位素及微量元素研究在世界范围内进行短尺度对比提供依据。     

腕足类化石壳体同位素地球化学在恢复古环境中的应用

地球历史时期的生物硬壳或骨骼记录着丰富的地球过去环境特征的信息,对这些化石成分进行同位素地球化学研究是发掘其中信息、探索地球历史环境变化的有效途径之一。过去四十年来化石同位素地球化学在恢复古海洋环境、气候、盐度以及研究碳、氧同位素长期变化等方面的应用越来越受到人们的重视。腕足类化石壳体是古生代海洋环境恢复的主要手段之一。但这一方法也还存在一定的问题,这些问题集中在腕足壳体是否与其生存的海水存在同位素的平衡、是否存在由于生物生命过程中的新陈代谢作用造成的稳定同位素分馏的同位素生命效应(VitalEffects)、是否保存其原始的同位素信息等方面。详细回顾了腕足类化石壳体同位素——这种在恢复古环境研究中广泛应用方法的发展历史、研究现状、存在的问题,以及不同的学者对这些存在的问题所做的工作和他们对这些问题的不同观点。同时也介绍了这一方法的一些研究新进展。     

牙形刺氧同位素古温度计:研究进展与展望

牙形刺是寒武系至三叠系海相地层里常见的磷酸盐质古生物化石,具有分布较广、易于保存等优势,其氧同位素可用于重建同时期海水温度,受到广泛关注和重视.从牙形刺基本特征、氧同位素古温度计原理、氧同位素分析测试方法等方面,对牙形刺氧同位素古温度计的基本特点和原理进行了回顾.在此基础上,进一步讨论了牙形动物生物习性、成岩作用改造、...     

龙门山泥盆纪腕足化石锶同位素组成特征及其古环境意义

生物成因的海相碳酸盐岩中Sr同位素组成与演化是目前研究古海平面变化、造山运动以及古气候变化的主要工具,在海相地层定年及全球等时对比研究中发挥着重要作用。对四川龙门山泥盆纪剖面腕足化石Sr同位素组成进行了研究。保存鉴定结果显示：腕足化石壳体结构保存完整;阴极射线照射下壳体不发光或部分壳体呈微弱橙黄色;大多数壳体微量元素Mn〈250μg／g、Sr〉400μg／g。表明腕足化石保存完好,后期成岩作用影响微弱。锶同位素结果显示：龙门山泥盆纪sr同位素演化同全球泥盆纪Sr同位素演化基本一致,表明龙门山泥盆纪Sr同位素演化受全球性变化影响。早泥盆世较高Sr同位素比值（甘溪组0．708437）可能是受加里东造山运动的影响,大量古陆的出露,风化作用的加强所致。其后的缓慢下降可能受海平面上升古陆面积缩小的影响。中泥盆世Sr同位素组成低值平台显示着幔源Sr和陆源Sr（风化作用较弱）输入量之间的平衡。随后的Sr同位素组成的上升可能是受中泥盆世开始温度上升的影响,致使风化作用的加强所致。     

广西六景泥盆系腕足壳体的微量元素组成及其对海水信息的保存

低镁方解石腕足化石壳体被广泛地应用于地质历史时期原始海洋地球化学组成的重建研究,其保存度的识别是该研究的一项重要内容。通常使用显微结构、阴极发光和微量元素含量等3种方法验证其对原始地球化学信息的保存,微量元素含量的识别方法一直被置于较为次要的地位。我们对采自广西六景泥盆系腕足化石微量元素研究表明,其Fe、Mn、Sr分别为(12~2800)×10-6、(1~711)×10-6和(243~1835)×10-6。上述3种识别方法实质上都是微量元素的识别,其余两种识别方法只是微量元素的不同表现而已。通过氧同位素组成、Mn和Sr/Mn对比,得知Mn含量小于100×10-6,Sr/Mn值高于10的腕足化石壳体基本上保存完好。这一发现为利用腕足化石研究海水原始碳氧同位素提供了有力的判据。     

重庆地区石笋记录中Mg /Ca比值及古气候意义

在重庆梁天湾洞石笋LT14 31. 9～ 15. 02ka. B. P.古气候重建成果已发表的此基础上,本文选取Mg / Ca比值这一新的替代指标,探讨其在重庆地区独特的水热组合模式下的古气候指示意义,从而进一步探讨了该时段的气候变化。研究结果发现,重庆地区Mg /Ca 比值与碳同位素的正相关关系较好( R2= 0. 60) ,可能与碳酸钙溶液在到达洞顶之前提前沉淀或滴率减小机制有关,它间接响应了降水的变化。运用Mg / Ca 值变化对古气候的重建结果与以前的研究基本相符,说明Mg /Ca 比值可以作为古降水的指标,但需同碳氧稳定同位素结合起来讨论,以便相互验证,提高古环境解译的准确性。      

洞穴次生化学沉积物中Mg、Sr、Ca及其比值的环境指代意义

通过桂林地区盘龙洞1号石笋和丰鱼岩4号石笋的Ca、Mg、Sr 及其比值的研究,并通过与氧同位素记录的对比分析,初步认为洞穴次生化学沉积物中的Sr、Mg、Ca 及其比值的形成既取决于环境温度的变化,又取决于水文条件的变化。当大气环流系统未发生显著变化时,岩溶水文地质条件较相似,这时, Mg /Ca和Mg /Sr 比值的变化主要取决于环境温度的变化;而当大气环流系统发生显著变化时(如出现冰期和间冰期的显著变化) , Mg /Ca 和Mg / Sr 比值则主要取决于水文地质条件,即降水条件的变化。尽管在一定的条件下利用Mg、Sr、Ca指标可以获得很高分辨率的信息,但由于Mg、Sr、Ca 地球化学习性的复杂性,以及其影响因素的多元化,这种指标作为单独指标应用就会十分危险。      

石炭纪海相碳酸盐岩的锶同位素演化及其意义

本文从马角坝剖面石炭系海相碳酸盐岩和腕足化石的锶同位素变化出发,讨论了锶同位素地层曲线的地质意义,并且指出海相碳酸盐岩和腕足化石的锶同位素组成可作为了解地球构造演化的工具。     

湖相介形虫壳的稳定同位素和微量元素在古气候研究中的应用

本文介绍了测定实验室养殖的介形虫Candonarawsoni和水的氧同位素分馏系数，结果表明，这个种属的介形虫壳的氧同位素组成是它所生成环境水的氧同位素组成和水温的函数。因此，介形虫壳的氧同位素组成是一个很好的水化学环境指示计。本文研究了Candonarawsoni的脱壳温度范围，发现它可以在很宽温度范围内脱壳及生长新壳。由于季节温度变化很大，所以用介形虫壳的地球化学指标研究古环境的变化时，每个样品都要采集较多的个体介形虫壳，以使其分析结果能代表年平均温度。     

High resolution distribution of magnesium and strontium and the evaluation of Mg/Ca thermometry in Recent brachiopod shells

High resolution distribution of magnesium and strontium determined by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) are presented in this study for Recent brachiopod shells. The concentration of magnesium and strontium decreases in a similar fashion from the outer to inner regions of shells of rhynchonelliform species but remains unaltered in craniid brachiopods. In rhynchonelliform brachiopods with low-magnesium shells, there is a characteristic chemical profile with an abrupt decrease in magnesium concentration from the primary layer towards the secondary layer until it reaches a region in which the values are almost constant. In addition, there is a proportional relationship in magnesium concentration between primary and secondary layers. Both findings demonstrate the biological control in magnesium incorporation in rhynchonelliform brachiopods confirming previously reported findings. Calculated Mg/Ca ratios based on magnesium concentrations within the innermost region of the secondary layer show that rhynchonelliform brachiopods can record seawater temperature. This finding opens up the possibility of using Mg/Ca (palaeo) thermometry even within the context of biological control and the potential application of Mg/Ca ratios as a seawater temperature proxy in fossil brachiopods.     

Early Jurassic climatic trends in the south-Tethyan margin

The Early Jurassic period was characterized by extreme environmental changes, as reflected by major global carbon isotope anomalies and abrupt changes in oxygen isotope and elemental records of marine organisms. Available data suggest an overall warm Early Jurassic climate interrupted by periods of severe cooling, with a climatic optimum during the early Toarcian. Available geochemical studies, however, have mainly focused on the northern margin of the Tethys Ocean, so that the palaeogeographic extent of these environmental perturbations, latitudinal palaeotemperature gradients and climate belt boundaries remain poorly constrained. Here we report the first stable isotope records of brachiopod shells (δ¹³C and δ¹⁸O values) from the Upper Sinemurian-Middle Toarcian interval in the southern margin of the Tethys Ocean (northwest Algeria). These data were used to better constrain the palaeoenvironmental evolution of the North Gondwana margin during the Early Jurassic, which likely played an important role on supra-regional climate. The diagenetic history of the analysed brachiopod shells was monitored using scanning electron microscopy, and elemental (manganese and strontium) compositions. The brachiopod δ¹³C and δ¹⁸O data show very similar trends as those reported for various Tethyan regions, and record negative carbon and oxygen isotope excursions near the Sinemurian–Pliensbachian and Pliensbachian–Toarcian transitions and during the Toarcian oceanic anoxic event (T-OAE). Despite these similarities, the carbon and oxygen isotope records are systematically offset towards more positive δ¹³C values (average +0.5‰) and more negative δ¹⁸O values (−1.0‰) compared to those obtained from sites of higher palaeolatitudes in the northern Tethyan margin. These offsets suggest a spatial heterogeneity in the stable isotope composition of dissolved inorganic carbon in the Early Jurassic Ocean and a marked latitudinal temperature gradient between the southern and northern margins of the Tethys.     

微量元素分布揭示腕足化石壳体原始信息保存现状

以产于四川龙门山地区泥盆系观雾山组的有铰纲腕足化石Ｉｎｄｅｐｅｎｄａｔｒｙｐａ ｌｅｍｍａ Ｃｈｅｎ为研究对象,利用激光熔样等离子质谱（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）对其壳体棱柱层中Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｂａ和Ｓｒ六种微量元素进行了就位分析。它们在壳体横切面中的对称分布特征总体上与壳体增生方式和过程相一致,表明壳体的绝大部分未经成岩作用的改造。与常用的结构判据、阴极发光判据和微量元素含量判据相比较,微量元     

Li/Ca ratios of ostracod shells at Lake Qinghai, NE Tibetan Plateau, China: a potential temperature indicator

Acquiring continuous and high-resolution natural records in recent 2,000?years is the hot issue in the palaeoclimate research. Recent studies revealed that Li/Ca and Mg/Li ratio of carbonate is a potential tracer of past environmental changes in the oceans, and is seldom applied for palaeoclimate reconstruction in lakes. To make full understanding of the potential of Li/Ca ratios of carbonates in lakes, Li/Ca ratios of monospecific ostracod shell Eucypris inflate with similar size in the lacustrine sediment core from Lake Qinghai, NE Tibetan Plateau have been analysed for the first time. Single species can effectively avoid the interspecies effects. In combination with the sedimentation rate that existed, data derived from ²¹⁰Pb and ¹³⁷Cs, downcore variations of Li/Ca ratios of ostracod shells during the past 800?years in Lake Qinghai have been reconstructed successfully. By comparing Li/Ca ratios and temperature inferred from meteorological records and tree ring widths in Dulan and Qilianshan in adjacent regions, Li/Ca ratios of ostracod shells negatively correlate with temperature. Higher temperature corresponds with lower Li/Ca ratios, and vice versa, indicating that Li/Ca ratio of ostracod shells is an effective indicator for temperature variations. Therefore, ongoing in-depth investigation using Li/Ca ratios of carbonates in more lakes to further reveal its palaeotemperature implications would be deserved.     

晚泥盆世弗拉斯期—法门期之交海水温度变化的同位素证据

位于我国湖南省冷水江地区锡矿山矿区的老江冲剖面为发育良好的浅水台地相沉积，出露著名的上泥盆统弗拉斯-法门阶（Fr/Fa)界线，多年的地层古生物学工作已详细地了解了该区的古生物面貌，本研究采用了基不可一世保存完好的腕足动物Cyrospirifer uernemili壳体进行了稳定C、O同位素地球化学分析，δ^18O值为-8.4‰-9.6‰，δ^13C值为-2.2‰-0.5‰，二值在弗拉斯-法门阶交界处均发生了异常波动，将此值与其他地区的研究结果进行比较，可以认为，弗拉斯-法门期交界时所发生的剧烈而大范围的事件所造成的同位素波动可以作为大区域地层对比的标志，经过计算，推断从弗拉斯期末至法门期初，我国华南地区的古海洋发生了降温事件。     

鄂西新滩二叠纪腕足类的群落演变与环境关系

系统研究了湖北省西部新滩剖面亚丁斯克阶至长兴阶的腕足动物群落演替过程。通过研究区与华南地区及特提斯区域进行比对分析,结合前人对碳、氧同位素的研究结果,分析了二叠纪腕足类群落演替的规律和区域差异。结果表明:除二叠纪末的灭绝事件,在乌拉尔统与瓜德鲁普统界限附近及乐平统中共识别出两次腕足类种群的显著分异度变化,且其演替时间都接近6~8个百万年。前一次体现在冷水种与暖水种的混合过渡现象,后一次体现在个体增大、壳饰发育与个体变小、壳体变薄的不同分化现象。在气候方面,冰期与季风的强弱作为主要因素从温度及养分来源共同影响腕足类的多样性变化。火山喷发事件及板块运动改变腕足类生态环境并造成区域的分化。海平面变化既受气候影响也受地壳运动影响,高频的海平面变化不断改变着腕足类在研究区的生存空间。腕足类在适应不同环境中所发生的壳体形态改变、群落结构演替很好的展示了生物环境对古环境的响应。