早期地球海洋水化学分带的理论预测

寒武纪早期及以前的地球海洋(520 Ma;以下简称为"早期地球海洋")具有广泛缺氧分层和有限氧化剂供应等特点,其化学特征可与现代海洋陆架区沉积物孔隙水类比.依据相似的地球化学原理和对于早期地球海洋化学形成机制的理解,本文提出早期地球海洋在陆架-斜坡浅水-中等水深区域在理想化条件下可能存在多个由不同氧化还原过程控制的动态化学分带,从近岸浅水到远洋深水依次发育:氧化带、NO3?-NO2?富集带、Mn2+-Fe2+富集带、硫化带、CH4富集带和深水Fe2+区.它们是大气自由氧对表层海水的氧化、化学跃变层之下反硝化作用、近岸区域锰铁氧化物还原作用、硫酸盐还原作用、产甲烷作用和深水热液Fe2+输入动态平衡后的结果.该化学分带模型细化了目前已有的古海洋水化学状态分类,对现有的古海洋"硫化楔"模型进行了扩展和补充,并较好解释了早期地球海洋不寻常的Mo-S-C同位素地球化学记录.该化学分带模型对未来早期地球海洋化学演化及元素生物地球化学循环研究具有指导意义.     

南海北部沉积物中单质硫颗粒的发现及意义

单质硫作为海洋沉积环境中硫循环的中间产物,对于研究硫的物质循环和同位素分馏过程均有重要的意义.本研究在对南海北部九龙甲烷礁海域沉积物中自生矿物进行显微形貌观察时,首次通过扫描电子显微镜和激光拉曼光谱等发现并确认了单质硫颗粒的存在.根据单质硫的显微形貌、分布、黄铁矿的含量和硫同位素组成等,获得如下认识:(1)单质硫颗粒的分布不仅与黄铁矿及其氧化物共存,而且与粘土矿物等共存,主要分布于矿物集合体的表层;(2)尽管单质硫颗粒在形貌上略有差异,但单质硫颗粒主要出现在硫酸盐-甲烷转换带内(SMTZ)及其附近深度的沉积物中;(3)单质硫颗粒的成因很可能是部分H2S被氧化的结果,其形成过程与SMTZ的变迁存在密切关系.甲烷等烃类气体的异常供给加剧了SMTZ内的甲烷厌氧氧化反应(AOM)所伴随的异化硫酸盐还原反应(DSR)的强度,大量H2S的生成促进了铁硫化物等自生矿物的沉淀,进一步提高了硫的循环效率,为单质硫颗粒的形成提供了有利的条件.南海北部九龙甲烷礁海域沉积物中单质硫颗粒的发现及其形成过程可能与该海域沉积物中甲烷渗漏通量的变化和SMTZ的变迁关系密切,也可能与该海域天然气水合物藏的演化存在一定关系.     

楚科奇海表层沉积物的稀土元素地球化学特征

对楚科奇海26个表层沉积物样品的稀土元素分析结果表明, 稀土元素在细粒沉积物中较为富集, 在粗粒沉积物中亏损. 稀土元素的页岩标准化配分模式以平坦型为主, 少数样品为轻稀土弱富集型或重稀土弱富集型, 说明楚科奇海表层沉积物以陆源碎屑物质为主, 化学风化作用弱. 从稀土元素地球化学特征的区域变化来看, 海区东西两侧沉积物分别来源于阿拉斯加和西伯利亚地区, 海区中南部沉积物与育空河物质的向北扩散有关. 海区中部赫雷德浅滩为残留沉积, 沉积物SCe/SY比值大, 铈的负异常不明显, 铈的富集可能与氧化条件下锰的早期成岩迁移有关.     

揭秘地质历史时期最大碳同位素负偏事件的本质

<正>碳循环通过大气-海洋的酸碱及氧化还原过程对地球表层化学环境起着关键控制作用,是地球表层环境演化的“发动机”.因而,弄清地球碳循环演化对于理解地球宜居性演化至关重要.作为地球宜居性演化过程中由前寒武纪向显生宙-现代地球系统转变的关键期,埃迪卡拉纪(635～539Ma)在全球范围内发生了地质历史上最大的一次沉积碳酸盐碳同位素组成(δ¹³C_carb)的负偏事件,     

华南寒武纪早期海洋化学状态的时空波动

继新元古代埃迪卡拉纪真核生物辐射之后,寒武纪生命大爆发建立了现今动物门类和海洋生态系统的总体格架.本文系统研究了目前华南寒武系纽芬兰统-第二统南皋阶Fe-S-C海洋化学数据在时间和空间(近岸-远洋)上的波动特征,发现寒武纪早期表层海洋虽已氧化,但深部海洋仍旧广泛缺氧铁化,硫化水体可能仅动态出现在陆架缺氧区域且受到硫酸盐供给的重要控制.伴随海侵、海退和硫酸盐输入等关键地球化学要素的波动,华南寒武纪早期这种海洋化学状态的空间结构展现了阶段性演化特征,并与这一时期生物辐射、"灭绝"的空间差异性和阶段性一致.生物与水化学的相关性还进一步表明早期动物可能具有较好地适应低氧环境的生存能力,但水体的硫化对其却是致命的.这一观点可很好地解释梅树村阶Ni-Mo富集层沉积时期陆架地区小壳动物群和外陆架-斜坡相海绵动物的消失.因此,海洋化学条件的时空波动及其效应很可能是寒武纪早期生命出现阶段式"灭绝"和辐射的关键原因之一.     

白云岩风化剖面的元素地球化学特征及其对上陆壳平均化学组成的意义--以黔北新蒲剖面为例

选择黔北岩溶山地垄岗之上的一个白云岩风化剖面 ,通过元素在剖面演化中的地球化学行为研究 ,建议白云岩就位风化作用可分为两个阶段 :白云岩淋溶残积过程和残积土的演化过程 ;以Al为参比元素 ,获得剖面微量元素中以Ni,Cr,Mo ,W ,Ti为最不活化元素 ;稀土元素在白云岩风化中的地球化学行为与它在别的岩类的化学风化过程中的行为相似 ,同时发现稀土元素之间存在着分异 ;发现了两个稀土元素及其微量元素的富集层 ,推断是由于剖面演化中的环境变化 ,导致风化前缘的下移 ,从而形成两个富集层叠置 .认为白云岩风化剖面中风化程度较强的上部样品的元素含量可代表白云岩形成时区域上陆壳组成的活化元素 ;而不活化元素可用风化程度较低的下部样品的元素含量表示 .同时认为化学沉积的碳酸盐岩中的“不溶物” ,与冰碛物 ,黄土等沉积物一样 ,可提供上陆壳的平均化学组成成分 .     

艾比湖水化学演化的初步研究

本文通过野外地质调查和大量样品的分析测试结果,从以下三个方面对艾比湖湖水的水化学特征进行论述:(1)湖水的矿化度和pH;(2)湖水的化学组成;(3)湖水化学组分的侧向分布。初步揭示了湖水水化学变化和主要化学元素迁移和富集的规律。艾比湖沉积物中碳酸盐矿物组成及其地球化学性质反映湖水化学组成的变动。这种变动明显受气候环境变化的影响。因此,CK4孔和湖底沉积物中的碳酸盐沉积,提供了许多信息作为湖水化学演化和古气候波动的标志,根据其碳酸盐含量、方解石含量、方解石格架中MgCO_3mol.％、Sr含量和Sr×1000/Ca比值,最后结合碳酸盐的沉积特征、地球化学演化和古沙嘴的演变,进一步阐明了湖水化学演化的趋势。     

鞍山-本溪地区条带状硅铁建造的硫同位素非质量分馏对太古代大气氧水平和硫循环的制约

目前人们对地球早期大气氧浓度和硫循环还存在不同的认识. 条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的沉积建造类型, 真实地记录了当时大气和海洋的状态. 测定了辽宁鞍山-本溪地区太古代(~2.7 Ga)条带状硅铁建造(BIFs)中硫化物的多硫同位素组成(δ³⁴S/δ³³S/δ³²S). △³³S = -0.89‰ ~ +1.21‰, 非质量分馏明显. 这种非零△³³S值意味着太古代硫同位素循环与现在不同, 气相光化学反应发挥了重要作用. 与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造具有负的△³³S值, 而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造具有正的△³³S值. δ³⁴S的变化范围很大, -22.0‰ ~ +11.8‰, 指示当时海水硫酸盐的细菌还原活动已经存在, 海水硫酸盐的浓度至少在局部地区已达1 mmol/L. 结合在条带状硅铁建造中同时出现的赤铁矿、磁铁矿和硫同位素非质量分馏产生和保存条件, 推测太古代大气氧水平相当于现代大气氧水平的10^-2~10^-3.     

不同气候条件下现代浅海沉积物钾同位素组成特征及其意义

钾(K)同位素是研究化学风化过程的一种新型示踪工具.前人已对特定气候区域条件下的风化剖面开展K同位素研究,但不同气候背景下的硅酸盐风化作用对K同位素的影响尚不清楚.此外,当前学界对现代浅海陆源碎屑沉积物的K同位素特征知之甚少.本文报道了中国东部沿海(ECC)陆架以及海南岛近海表层沉积物的K同位素组成.研究结果显示,ECC沉积物的δ⁴¹K值分馏范围相对较小,介于(-0.40±0.01)‰～(-0.57±0.04)‰,平均值为(-0.51±0.09)‰.相比之下,海南岛近海沉积物的δ⁴¹K值变化较大,范围为(-0.28±0.07)‰～(-0.67±0.02)‰.海南岛近海沉积物的δ⁴¹K值与化学蚀变指数(CIA)、Al/K比值、Ti/K比值和总铁(Fe T)含量呈现负相关,表明其K同位素组成主要受化学风化作用的控制.我们对这些样品开展了Mg同位素分析,值得一提的是,所有ECC和海南岛近海沉积物的δ²⁶Mg值变化较小(约0.24‰),且与化学风化指标无明显相关性.本研究揭示了沉积物K同位素变化与气候条件(...     

江西华齐铜多金属矿区含矿硅质岩的地球化学特征及成因探讨

矿产远景地质调查过程中,在江西华齐铜多金属矿区发现含矿硅质岩。测试分析显示,区内硅质岩贫A l2O3、T iO2,Co、C r等元素含量低,贫ΣREE,δ（Eu）为负异常,δ（C e）为弱正异常,HREE相对富集等热水沉积物的特征。在判别硅质岩形成的系列图解上,样品均指示热水沉积作用和大陆边缘环境,这与S iO2/A l2O3、S iO2/（K2O＋N a2O）、S iO2/M gO、M nO/T iO2、K/R b等特征值所指示的结果相一致。本区硅质岩地球化学特征及其对比结果说明该区域构造演化的复杂性。在元古代华南海槽构造演化中在华夏地块边缘发生断裂拉张,形成断陷盆地,并发生了热水喷流沉积成岩成矿作用。本区硅质岩与成矿关系密切,研究硅质岩对于认识区域构造演化及寻找矿化体具有重要意义。     

南海颗粒有机碳通量的垂向变化及早期降解作用的标志物

南海不同水层的颗粒有机碳通量与表层沉积物有机碳积累率的对比 ,以及氨基酸、氨基糖、糖类物质的组成变化表明 ,南海水柱中的颗粒有机碳主要来源于近期生长的海洋浮游生物 ,仅有 1.4%～ 1.6 %初级生产力产生的有机碳进入深海水柱 ,而在深海盆地沉积物中积累的有机碳仅占初级生产力的 0 .2 2 %以下 .颗粒有机物通量与组成改变主要发生在表层数百米以及底层海水与沉积物界面之间 ,而在中下水层变化较小 . (TAA+TSUG)OC ,AA/AS ,Gluam/Galam ,Arom .AA/Non Prot.AA ,ASP/b ALA ,GLU/g ABA等指标在颗粒物沉积过程中逐渐减少 ,指示了有机物质的早期降解作用     

紫阳黄柏树湾和竹山文峪河毒重石矿床碳、氧及硼同位素研究

紫阳黄柏树湾毒重石矿床和竹山文峪河毒重石-重晶石矿床呈层状或似层状产于下寒武统下部的硅质岩中, 矿体受岩性和岩相控制明显. 矿床中毒重石、钡解石和方解石的硼同位素及碳、氧同位素研究结果表明, 形成这些矿物的碳主要来自沉积物中的生物有机质在早期成岩阶段经降解、缩合及脱羧基作用所形成的烃类物质或生物气; 而硼主要为孔隙水中硼与有机质降解过程中所释放的硼的混合, 少部分硼来自盆地深部循环热卤水. 硼同位素及碳、氧同位素研究结果一致表明, 毒重石沉淀于早期成岩阶段富含有机碳的孔隙水介质中. 毒重石矿石中广泛发育的生屑及粒屑结构说明生物作用通过生物成因重晶石(Bio-barite)的形式将海水中的Ba²⁺浓集并沉降于海底, 形成钡矿床的初始富集体. 海水中生物作用和沉积物的早期成岩作用是形成本区毒重石矿床的主要成矿机制.     

判识缺氧事件的地球化学新标志——钼同位素

V/（V＋Ni）,U自生（自生U）,V/Cr,Ceanom和U/Th是传统的氧化还原判别指标,但是这些微量元素的富集不仅与氧化还原环境有关,有机质的类型、沉积速率以及后期成岩作用都有可能使得元素的赋存形式发生变化,使得这些指标对氧化还原的判别出现多解性.δ98Mo作为一个新的氧化还原条件判别指标,已经得到人们的广泛关注.本文对宜昌王家湾剖面晚奥陶世五峰组-早志留世龙马溪组和四川上寺剖面晚二叠世大隆组两套黑色岩系（硅泥质组合）的δ98Mo和微量元素进行系统测定,比较δ98Mo与传统氧化还原判别指标之间的相关性,初步结果表明,这两套黑色岩系的V/（V＋Ni）,U自生,V/Cr,Ceanom和U/Th等有较大变化范围,总体上处于缺氧的范围,与δ98Mo没有明显的相关性.U/Mo比值可以作为指示氧化还原条件变化的指示剂,也许与U和Mo在不同成岩阶段相对富集程度不同有关,这种规律在静水环境更加明显,表现为在滞留环境中（δ98Mo〉1.5‰）,U/Mo比值明显偏小,似乎与同期以硫酸盐还原作用带为主的滞留沉积环境有关,暗示在这种静水滞留的缺氧环境下,后期生物扰动的机会要少很多.而在δ98Mo在0~1.5‰范围内,U/Mo比值有较大的变化范围,不排除在相对常氧的情况下,生物扰动和水循环改变了孔隙水的氧化还原条件,导致元素的重新分配.     

大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异

板块俯冲是地球内部系统最为宏伟的地质过程,是实现地球表面-内部物质和能量交换、大陆地壳生长以及壳/幔相互作用的重要场所,广泛深刻地影响着地壳的增生与消亡、火山和地震活动、地球表层物质循环、矿产资源分布、大陆造山运动、大陆的聚合及裂解等与人类生活息息相关的地质过程,因此一直是固体地球科学研究所关注的热点.20世纪80年代中期关于大陆地壳能够俯冲进入地幔深度并大部分折返地表的发现,是俯冲带研究和板块构造理论的革命性进展.相较于俯冲洋壳,大陆地壳具有较冷、较干、较轻的特点,同时,俯冲陆壳与地幔相比具有更加不均一的性质和化学成分以及同位素组成,因此在局部而言会对上覆大陆岩石圈和大陆板块汇聚边界的结构、组成、变形和演化进程造成巨大影响.在大陆俯冲过程中,拆离的地壳碎块和岩片在俯冲隧道内受到构造剪切,促使其经历变质脱水和部分熔融,产生各种流体和熔体.这些熔/流体的产生和演化在俯冲带壳/幔相互作用过程中扮演着非常重要的角色,是俯冲过程中发生元素迁移、同位素分馏以及交代上覆地幔楔的不可或缺的介质.本文综合国际上近年来有关俯冲带研究的最新进展,总结了有关俯冲带流体和熔体的类型、存在条件、化学组成、熔体/流体-地幔相互作用的特点,同时对于与大陆俯冲带流体相关的特征性元素(Nb-Ta-V)迁移和最新的非传统稳定同位素(Li-Mg)研究进行了系统介绍,期望为中国读者较全面地认识板块俯冲过程中的熔/流体活动和元素迁移以及了解并运用Li和Mg同位素作为新兴的示踪手段提供一定帮助.     

陕南镇巴地区灯影组白云岩的碳、硫同位素和微量元素指示:埃迪卡拉纪末期浅海的氧化还原环境

系统地报道了陕南镇巴县两河口剖面灯影组海相碳酸盐岩中的碳、硫同位素和微量元素(包括REE)的变化,着重探讨灯影晚期(碑湾段)白云岩沉积时期的扬子地台北缘古海洋的氧化还原环境变化.在两河口剖面的碑湾段,中部约50 m厚的白云岩中ΣREE含量较低、无明显MREE富集、Ce/Ce*接近1且氧化还原敏感元素和P明显富集;而其下部约30 m厚和上部约10 m厚的白云岩地层则表现出明显不同的特征:ΣREE含量较高、MREE相对富集、Ce/Ce*为0.6左右的低值,且氧化还原敏感元素没有明显的富集.本研究表明,扬子北缘的浅海在灯影时期可能曾氧化;灯影晚期大致经历了从比较氧化到还原,再重新氧化的过程.发生在碑湾段中期的还原事件可能与深部缺氧的水体上涌有关.上涌的还原水体一方面带来了大量的营养元素,促进了初级生产力和有机碳的埋藏,造成碳酸盐岩高达3.6‰的δ13C值;另一方面,使浅海返回还原状态,有机质供给的增加使细菌硫酸盐还原作用增强,海水中的硫酸盐不断被消耗,造成海水的δ34S值高达大约50‰.但随着上升流的消失,扬子地台北缘浅海又恢复到了弱氧化或氧化状态.     

无机碳酸盐沉积的硼同位素分馏——B(OH)_3掺入碳酸盐的证据

进行了高pH(8.96~9.34)海水的无机碳酸盐沉积实验,测定了沉积碳酸盐的硼同位素分馏.结果表明,碳酸盐和海水B(OH)3间的硼同位素分馏系数(αcarb-3)变化范围是0.937~0.965,平均值为0.953.这些结果与Sanyal等报道的结果都表明碳酸盐与溶液B(OH)3间的硼同位素分馏系数αcarb-3不是恒定的,而是与溶液pH呈现负相关关系.测定的碳酸盐沉积的硼同位素组成(δ11Bcarb)并未都落在最佳的理论δ11B4-pH曲线上,并且与任何已知δ11B4-pH理论曲线不平行.因此有理由断定,随海水pH的变化,将有变化分数的B(OH)3掺入进碳酸盐中,但仍以B(OH)4?掺入为主.因此在采用海洋生物碳酸盐硼同位素重建古海水pH时,应用B(OH)4?和B(OH)3间理论的硼同位素分馏系数(α4-3)是不适当的,同时有必要建立一种经验方程.     

埃迪卡拉纪Shuram碳同位素负偏事件有机碳氧化假说的定量模型评估

埃迪卡拉纪(635~541Ma)记录了地质历史上最大的全球碳循环扰动事件(即"Shuram Excursion"事件,简称SE事件).在约25~50个百万年的时间里,全球海水无机碳同位素组成持续负偏,最大负偏至–12‰.这一碳同位素负偏被认为是当时古海洋中存在的超大型溶解有机碳库被完全氧化或空间差异性氧化的结果,同时也被认为是古海洋微型生物碳泵强烈储碳而形成超大型溶解有机碳库的关键证据.随着研究的深入,这一认识受到了挑战,新假说认为陆源沉积老碳的氧化或古海洋海底释放的富烃流体的氧化同样可以导致这一碳循环扰动事件.为解决这一争论,本文基于碳循环质量平衡原理对上述各种假说进行了数值模拟与评估,结果表明:(1)在给定的埃迪卡拉纪大气氧水平下(≤40%目前大气氧水平),全球规模的陆源有机碳氧化假说和溶解有机碳完全氧化假说受限于氧化剂,大气氧将分别在4Myr和6Myr内消耗殆尽,难以在长时间尺度上形成全球规模的–12‰碳同位素负偏信号;(2)全球范围内的富烃流体氧化假说由于对参加反应的流体烃类的需求量过大也面临挑战;(3)全球海洋溶解有机碳库的空间差异性氧化(部分氧化)假说所要求的DOC库部分氧化(50%)所需的氧化剂和DOC总量都具有可行性.     

地震地球化学监测现状及发展建议

1 地震地球化学发展背景 地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学.基于研究目的的不同,地球化学分为元素地球化学、气体地球化学、同位素地球化学、构造地球化学、水文地球化学等研究方向,近年来衍生出地震地球化学.此为在地震学、水文地球化学、元素地球化学、同位素地球化学和水文地质学等学科基础上发展起来的一门新兴学科,是研究地震孕育、发展、发生过程中地下水、岩石、气体组分及化学成分等变化与地震关系的科学.     

北京大气气溶胶中硫氧稳定同位素组成研究

使用MAT-253同位素质谱仪对北京大气气溶胶中多硫同位素(32S,33S,34S和36S)与氧同位素(16O和18O)组成特征进行分析.北京大气气溶胶中δ34S变化范围为1.68‰~12.57‰,平均值为5.86‰,表明该地区主要硫源与燃煤排放相关;δ18O变化范围为-5.29‰~9.02‰,平均值为5.17‰,说明气溶胶中的硫酸盐以二次硫酸盐为主.在2008年7和8月,大气SO2主要以酸性条件下H2O2的异相氧化为主,而在9和10月,大气SO2同时存在酸性条件下H2O2异相氧化和过量O2下Fe3+催化氧化.北京大气气溶胶存在显著的硫同位素非质量分馏效应,通过对△33S与CAPE相关性分析,发现其形成机制不仅与平流层SO2的光化学反应有关,还可能与热化学反应机制关联.     

稀土元素在水成型海洋铁锰结壳中的富集特征及机制

借助相分析中的偏提取方法对取自东太平洋莱恩群岛水下海山上的水成型铁锰结壳进行了选择性提取实验.结果显示,稀土元素在结壳中的富集归因于其中的矿物或氧化物而受环境影响较小,主要富集于无定形铁的氧化物/氢氧化物相中而只有少量存在于δ-MnO2中,显示出无定形铁的氧化物,氢氧化物比δ-MnO2对稀土元素具有更强的络合能力.虽然...