硅酸盐风化与全球碳循 环研究回顾及新进展

硅酸盐风化是大气CO2 的一个主要汇,直接影响到全球碳循环进而影响全球气候。自Walker 等（1981）进行的开创 工作以来,有关“硅酸盐风化- 碳循环- 气候变化”方面的研究大量涌现。从计算机模型到河流水化学研究,从流域面积 超过百万平方公里的大河到数十数百平方公里的单岩性小河流,取得了很多重要的进展。从全球尺度上看,硅酸盐风化每 年所消耗的大气CO2 量为0.138~0.169 Gt,相比现在大气碳库中碳的含量（约800 Gt）,乍看似乎是微不足道的,然而硅酸盐 风化消耗CO2 并将其作为碳酸盐矿物埋藏在海洋,它的存留时间超过了百万年。因此,在地质时间尺度上,硅酸盐风化是 调节全球碳循环的一个重要机制。对小流域进行的研究发现,热带地区流经玄武岩/蛇绿岩的小流域有着最高的硅酸盐风化 和大气CO2 消耗速率,热带区域火山岩化学风化消耗的大气CO2 占全球硅酸盐风化所消耗量的10%,而流域面积不到1%。     

源自青藏高原11条河流的Sr通量、同位素组成及其对海水87Sr/86Sr变化的贡献

为了评估青藏高原化学风化对海水Sr同位素比值变化的影响,系统采集了中国境内源自青藏高原的7条主要河流（金沙江、澜沧江、怒江、黄河、雅砻江、岷江与大渡河）的河水及河床沉积物样品,分析它们的Sr含量及同位素比值.结合其他学者研究的青藏高原南部的恒河、布拉马普特拉河、印度河及伊洛瓦底江数据,此11条大河搬运的总Sr通量为3.47×109mol·a-1,占全球河流搬运入海总通量的10.2%;加权平均87Sr/86Sr为0.71694,高于全球河流平均值.中国境内7条大河的87Srex通量（超过海水87Sr/86Sr部分的87Sr通量）为1.55×106mol·a-1,仅占青藏高原区域11条大河的6%,而恒河-布拉马普特拉河联合贡献了86%.假设40Ma以来全球其他河流输送入海的Sr通量保持常量,而青藏高原区域的11条河流所贡献的Sr通量从40Ma前的0线性增加到现在的值,那么与构造抬升相对应的这一Sr通量的增加能够解释同一时期海水87Sr/86Sr增长量的69%,剩下的31%可能由其他因素所引起.     

中国北方沙漠风成沙不同粒级组分的Sr-Nd 同位素特征

古尔班通古特、腾格里和鄂尔多斯三个沙漠不同粒级组分的风成沙具有不同的εNd（0）和87Sr/86Sr 比值：古尔班通古特沙漠中分别为-3~-5.3 和0.712452~0.716895;腾格里沙漠中分别为-9.9~-12.3 和0.716753~0.723033;鄂尔多斯沙漠中分别在-13.1~-18 和0.714028~0.71678。三个沙漠不同的Sr-Nd 同位素特征,表明它们可能有各自的物质源区。Nd 同位素主要受各沙漠所处的地质、地貌单元所控制,Sr 同位素还要受气候变化诱导的矿物差异风化与粒度分选作用的影响。同位素组成在古尔班通古特、腾格里沙漠风成沙不同粒度组分中有相似的变化规律,但在鄂尔多斯沙漠中明显不同。鄂尔多斯沙漠风成沙粗、细颗粒组分有不同的物质来源,细颗粒组分,特别是<2μm 组分可能有沙漠区外远源的贡献,而其他沙漠各自的风成沙不同颗粒组分则来自相同的物源区,沙漠区外远源输入的可能性较小。这一研究对深入认识北方沙漠物质的成因机制有重要的理论意义。     

黄土高原黄土和太平洋沉积物 Nd，Sr 同位素变化的比较

东亚季风环流引起的风尘物质的搬运和堆积，形成了我国的黄土高原。最近几年发表了一些对太平洋沉积物 Nd和 Sr同位素的研究结果(Asahara,1999；Asahara 等，1995；Pettke 等，2000)。由于亚洲大陆是太平洋沉积物中风尘物质的主要来源之一，所以将黄土高原研究结果和太平洋沉积物的研究结果相比较，可以得出一些有益的结论。探讨黄土的源区，采用全岩样品进行 Sr 同位素研究不适合。对黄土样品进行了一系列酸淋洗实验（盛雪芬等，2000；Yang 等，200结果证明，选用弱醋酸淋洗，可以有效地去除黄土和古土壤中的方解石，而对白云石、粘土矿物和长石等结构的破坏程度可以忽略。本次研究的灵台剖面位于黄土土高原中部甘肃省平凉地区灵台县以南约13 km 的五星塬任家坡村，它是迄今为止在黄土高原发现的厚度最大的记录最完整的风尘堆积序列之一，其最早时代可达7.8 Ma B P。灵台剖面古土壤酸不溶物的87Sr/86Sr一般高于黄土的87Sr/86Sr。此次测试的黄土、古土壤和红粘土样品分粒级实验（杨杰东等，2005）显示，小于2μm的细颗粒部分具有最高的87Sr/86Sr，而其他颗粒部分的87Sr/86Sr均较低。因此，黄土高原剖面的87Sr/86Sr与小于2μm颗粒部分的比例，或与粘土矿物的含量有关，因为在小于m的细颗粒部分中主要是粘土矿物（图。     

良渚遗址物质的Sr-Nd同位素特征、物源及其对古文化消亡的指示意义

良渚文化作为新石器时代晚期的重要文化之一,与中华文明的起源有着重要联系。位于杭州瓶窑镇的良渚古城遗址,则代表了良渚文化发展的巅峰。我们采集了良渚遗址剖面的文化层、上覆黄粉土的土壤样品以及遗址周边地区的河流和钱塘江的沉积物样品,测试分析了它们的Sr-Nd同位素组成。通过对比黄粉土和文化层的同位素组成变化,结合遗址周边环境和前人对长江沉积物、东海沉积物的研究,我们推测,良渚黄粉土物质来源可能是东海、长江沉积物和钱塘江沉积物的混合,良渚文化可能并非消亡于来自周边山体的山洪,而是与海侵或者长江下游洪水泛滥有关。     

2.5Ma以来大陆风化强度的演变

本次研究得出了２．５ＭａＢＰ以来洛川剖面黄土－古土壤序列的酸不深物＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ、Ｒｂ／Ｓｒ、磁化率和沉积速率的变化曲线。黄土和古土壤酸不深物＾８７Ｓｒ／８６Ｓｒ、Ｒｂ／Ｓｒ和磁化率的变化具有类似的阶段性和周期性,这与晚新生代以来古气候的主要变化以及行星轨道参数相一致。研究证明,黄土和古土壤酸不深物＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ值得化学风化强度的替代指标,沉积速率是物理风化强度的替代指标。自２．５     

末元古系-寒武系底Sr、C同位素对比

测定了云南永善肖滩前寒武系-寒武系界限Sr同位素组成及湖北省三峡 剖面震旦系碳酸盐岩Sr、C同位素组成,并与蒙古、 加拿大、西伯利亚和纳米 比亚的末元古系Sr和C同位素数据进行了比较,得出末元古纪海水87Sr/86Sr和 δ13C值的演变图。通过该演变图,可以对全球末元古系地层进行对比。