古海洋生产力指标研究进展

寻求反映古海洋生产力变化的指标是古海洋学研究的重要内容。生物沉积物、营养元素、微量元素和同位素、古生物资料等与古海洋生产力具有一定的关系,常用于古海洋生产力的重建工作:(1)生物沉积物主要包括有机碳、生物碳酸盐和生物硅质沉积等,其埋藏速率在很大程度上受到古海洋生产力的控制,常常用作古海洋生产力的替代性指标;(2)在地质时间尺度上,古海洋生产力主要受到大洋中营养元素可利用程度的控制,因此营养元素的相关记录可以提供古海洋生产力状况的重要信息;(3)海洋中某些微量元素的地球化学行为或者与有机质的改造有关,或者受到氧化还原条件变化的控制,或者受到某种浮游生物的生长的影响,从而能够直接或者间接地指示古海洋生产力的变化;(4)海相碳酸盐和有机质的碳同位素记录,海相有机物的氮同位素比值也用以再造古生产率等古海洋学参数;(5)可以利用对微体化石丰度值及其组合反映古生产力的变化。     

陆相盆地古生产力研究现状

古生产力是指地质历史时期生物在能量循环过程中固定能量的速率。陆相盆地古生产力的研究包括古生产力的大小及其组成研究两个方面。目前主要通过有机碳、生物硅和生物标志化合物等指标来评估陆相盆地古生产力的大小;通过生物标志化合物指标,包括正烷烃、萜类、甾类分子标志化合物等指标来研究陆相盆地古生产力的组成。陆相盆地古生产力的定量化研究比较欠缺,仅在有机碳、生物硅及生物标志化合物指标方面建立了数学模型,且多是对海相盆地古生产力指标的直接沿用;而在色素、湖相碳酸盐等具陆相特点的指标方面仅见部分定性研究。在地学应用方面,以陆相盆地古生产力研究为基础的地球生物学方法,在正演陆相烃源岩的形成过程研究中具有良好的前景。     

海洋沉积物中生物成因Ba的海洋生产力研究

一直以来,对海洋古生产力的研究是古海洋学研究领域中一个非常重要的分支,因而寻求反演海洋古生产力替代性指标成为了海洋工作者的首要任务.沉积物中有机碳、钙质生物、硅质生物及其碳、氧同位素组成等经典的海洋生产力指标早已确立,但这些与浮游生物直接相关的替代指标因其在海底沉积物中低的保存率,限制了它们在广阔海域中的应用.一些与生...     

南冲绳海槽7000aB.P.以来基于长链不饱和烯酮指标的古海洋生产力变化及其与气候的关系

古生产力的精确重建对于了解地质历史时期的碳循环具有非常重要的作用,高分辨率有机地球化学记录在重建古海洋生产力上有独到的优势。基于17个AMS14C年代分析数据,本文分析了冲绳海槽南端MD05-2908孔(24°48.04′N,122°29.35′E)沉积柱状样中的长链不饱和烯酮含量以及物质通量,并结合沉积物有机碳同位素数据恢复评价了南冲绳海槽古海洋生产力的变化。结果显示近7000aB.P.以来南冲绳海槽古生产力存在着显著波动。将海洋古生产力指标与全新世ITCZ南北移动记录的对比分析,发现其变化与ITCZ的南北移动有密切的关系,一方面ITCZ南北移动影响陆源物质的输入,从而改变海洋营养物质的供应状况,造成生产力的高低变化;另一方面,ITCZ南北移动所造成的陆源物质输入冲淡了海洋生产力输入对沉积有机质的贡献,因此在高陆源物质影响区单用生物标志化合物相对有机碳的丰度评价古海洋生产力存在着一定的不可靠性。此外,通过与高纬度气候记录的对比发现,南冲绳海槽海洋生产力的低值变化与北半球高纬度地区的气候冷事件基本一致,显示出高低纬度气候环境变化之间的强相关性。     

中国南方二叠纪古海洋锶同位素演化

本文以贵州罗甸沫阳二叠系剖面为研究对象，通过对海相碳酸盐岩的锶同位素组成变化的研究，探讨了中国南方二叠纪古海洋锶同位素组成特点、演化及其地质意义。     

碳酸盐(岩)的锂同位素组成:一种潜在的古海水pH替代性指标

地球演化历史中海水的pH值发生了明显变化, 海水pH值可能是控制海相碳酸盐岩能否形成及其成分演化的重要因素, 对了解地球早期白云岩的成因和一些矿产的形成等均有重要指示意义。然而, 记录海洋pH值变化的替代性指标非常稀少, 常用的主要是碳酸盐(岩)的硼同位素。古老碳酸盐的硼同位素往往受到后期地质作用的影响, δ11B-pH转化过程中需要基于多种假设, 硼酸和硼酸根之间的分馏系数(αB)、硼酸表观电离常数(pKB*)以及δ11BSW的不确定性, 使硼同位素分析结果具有多解性、不确定性。亟需多个独立指标对海水pH值进行限制, 碳酸盐(岩)锂同位素是一个潜在的替代性指标, Roberts et al.(2018)发现有孔虫碳酸盐壳体的δ7Li与海水pH值呈显著负相关关系, 认为6Li和7Li水合离子在进入碳酸盐晶格时要脱去溶剂水, 这个过程的去溶能与pH值相关, 导致锂离子进入有孔虫方解石壳体的过程中存在显著的同位素分馏。在对蓟县剖面中—新元古代海相碳酸盐岩碳酸盐相的硼、锂同位素进行研究时发现, 纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成(4.9‰～13.4‰, 平均8.03‰)明显低于现代海洋碳酸盐的锂同位素组成, 中元古以来碳酸盐(岩)的锂同位素组成总体呈上升趋势。纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成与硼同位素组成及海水的pH值(δ11Bsw=25‰)呈明显反相关关系; 硅质条带白云岩的硼、锂同位素组成也呈明显反相关关系, 说明碳酸盐(岩)的锂同位素确实有可能成为一种潜在的pH值替代性指标。若碳酸盐(岩)锂同位素可以对海水pH值施加独立约束, 那硼、锂同位素联合研究将对重建古海洋的pH值演化具有重大意义。     

西藏定日贡扎上白垩统锶同位素曲线及年代地层划分

根据从西藏定日贡扎上白垩统剖面中未经蚀变的海相碳酸盐样品中获得的50个锶同位素测试数据建立了对应于地层厚度的锶同位素演化曲线,与W.H.Burke等(1982)对应于地质年代建立的锶同位素曲线的同时代部分进行了对比,两条曲线极为相似,显示了地质历史中古海洋中的锶同位素组成具有全球一致的演化规律,为定日贡扎上白垩统剖面的年代地层划分提供了依据,同时还讨论了定日贡扎地区晚白垩世地层划分对比中的一些问题。     

晚新生代日本海古生产力演化——研究进展评述

【意义】海洋表层初级生产力及其生物泵过程是海洋碳循环的关键环节。日本海作为西北太平洋一个主要的边缘海，其晚新生代古生产力演化与区域构造/火山活动、东亚季风/西风、洋流演变、全球气候和海平面变化等密切相关，是探寻地球系统科学的极佳窗口。【进展和结论】得益于一系列国际大洋钻探计划（DSDP 31、ODP 127/128和IODP 346）等航次的相关研究，有关日本海古海洋演化，尤其是古生产力演化重建方面取得了许多重要认识。日本海古生产力的常用代用指标包括沉积物的微量元素组成、生物标志物、生源组分含量及同位素组成、微体古生物化石种属特征等。在地质时间尺度，日本海表层初级生产力主要取决于浮游生物必需的主要营养盐（氮、磷和硅）和微量营养盐（铁、锰、钴、锌、铜等），而日本海的营养盐主要通过风尘输入、火山活动、表层和深层洋流携带过来。在构造时间尺度，日本海古生产力的长期演化及其驱动机制（如风尘、火山铁肥和洋流贡献）尚不清楚，区域构造演化与海道开合、全球气候和海平面变化、火山活动及亚洲风尘输入演化等可能是关键驱动因素。在轨道—千年尺度，日本海沉积了深—浅色的韵律层，表层生产力大体表现出冰期降低而间冰期...     

海洋沉积物的锌同位素地球化学及其应用

锌同位素体系是海洋地球化学研究的新示踪剂,应用于示踪海水中锌元素的来源及其运移过程.海洋沉积物作为锌元素重要的"源"与/或"汇",其锌同位素组成的研究有助于理解海洋锌元素的地球化学循环.海洋沉积物记录了海水组成的信息,可以反演古海水锌同位素组成的变化,前提是理解沉积物与海水之间的分馏.对海水及海洋不同储库锌同位素研究进行系统总结,包括河流输入、热液体系、不同类型海洋沉积物(如富碳酸盐的沉积物、陆源硅酸盐碎屑、硅质沉积物、铁锰结核、贫氧-缺氧沉积物)的锌同位素组成,阐述了海洋沉积物锌同位素组成变化在古气候、古环境重建以及古海洋学等领域的应用以及重要性.      

古海洋生产力地球化学指标的研究

寻求反映古海洋生产力变化的指标是古海洋学研究的重要内容.主量元素地球化学与微量元素地球化学以及相关的同位素指标已成为追溯古海洋生产力演化的有力工具.从古生产力替代指标的示踪原理和应用的角度,综述了主量元素(A1、Fe、P),微量元素(Ba、Cu、Zn、Ni、Cd、Sr/Ca、Mo),同位素(碳、氮同位素)等在古生产力研...     

贵州新民剖面晚二叠世碳同位素变化特征及有机碳埋藏的意义

根据碳循环模式,通过无机碳和有机碳碳同位素记录,半定量-定量地计算了贵州新民剖面晚二叠世有机碳埋藏分数forg,同时结合表征古海洋初级生产力的疑源类、藻类与菌孢的丰度值,详细分析了有机碳埋藏分数forg、古海洋生产力与岩石中保存的残余TOC之间的耦合关系。该研究发现新民剖面晚二叠世初级生产力较有机碳埋藏分数forg对残余TOC的贡献更大。但这一结果仍需进一步论证:新民剖面和煤山剖面forg与δ13Ccarb的高度相关性暗示forg主要受控于δ13Ccarb,而在Kump碳循环模型中忽略了晚二叠世火山活动对无机碳同位素组成的重要影响。     

热水解-催化分光光度法测定海相碳酸盐岩中的溴

目前衡量古海洋生产力的指标都存在一定的局限性,本文提出将溴元素作为研究古海洋生产力的新指标,建立了海相碳酸盐岩的分解方法以及其中溴元素的测定方法,即热水解-分光光度法。采用热水解方法对海相碳酸盐岩样品进行分解,吸收液充分吸收其释放出的溴,分光光度法检测样品中溴元素的含量。试验确定了热水解的最佳条件和分光光度检测的最佳波长,实际样品加标回收率为97.5%～101.6%,相对标准偏差为1.2%～3.6%(n=10)。本方法的样品分解时间较短,能很好地实现溴与基体组分分离,且所需仪器均为比较常见的仪器,操作简单,成本低廉,适合于海相碳酸盐岩样品的批量分解和元素测定。     

中国海相碳酸盐岩评价中有关有机质丰度下限的几点讨论

综述了中国海相碳酸盐岩有机质下限研究的若干进展,认为针对不同需求,应提出碳酸盐岩烃源岩最低下限、有效烃源岩下限、战略选区下限3个不同的下限标准。高成熟碳酸盐岩原始有机质丰度恢复一直存在争议,根据生烃动力学,结合热史,可实现原始有机质总量的恢复。碳酸盐岩中泥质与有机质丰度、排烃能力是否相关仍存在争论,认为碳酸盐岩中泥质的作用仍有待进一步研究。     

中国海相碳酸盐岩评价中有关有机质丰度下限的几点讨论

综述了中国海相碳酸盐岩有机质下限研究的若干进展,认为针对不同需求,应提出碳酸盐岩烃源岩最低下限、有效烃源岩下限、战略选区下限3个不同的下限标准.高成熟碳酸盐岩原始有机质丰度恢复一直存在争议,根据生烃动力学,结合热史,可实现原始有机质总量的恢复.碳酸盐岩中泥质与有机质丰度、排烃能力是否相关仍存在争论,认为碳酸盐岩中泥质的作用仍有待进一步研究.     

广西来宾铁桥二叠系剖面生物地球化学信号的解读

二叠纪被认为是全球生物繁盛的重要时期,其大气含氧量、温度等条件和现代地球极为相似,因 此,二叠纪古海洋生物和环境的研究对当代环境和气候变化研究具有重要的启示作用。通过分析广西来宾铁桥 二叠系剖面的275个海相碳酸盐岩样品的地球化学组成,考察Ca,Mg,Al,Ti 及其比值的变化特征,研究它们 的生物和环境意义。结果发现,从栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积时期,海水中Mg/Ca值总体上呈单调下降趋 势,表明海底洋中脊扩张,洋中脊热液循环加快,全球海平面上升;Al/Ti值在栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积 时期呈现一种起伏式的变化,其中栖霞组沉积中期和茅口组沉积后期表现出与其他时段有显著差异的高值,表 明这两个时期海洋生产力繁盛;在瓜德卢普统-乐平统界线,Al/Ti值低,与玄武岩(Al/Ti 值约为6)相近, 指示火山活动强烈,为火山活动导致生物绝灭说提供了地球化学新证据。     

铁元素对海相沉积物早期成岩作用的影响

铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,在海相沉积物成岩过程中起着非常重要的作用.铁元素作为海洋初级生产力的微营养元素,影响海相沉积物中有机质的输入,其在早期成岩阶段与硫化物和磷元素的耦合关系,可以促进或者降低有机质的保存;铁元素在海相沉积物早期成岩过程中可以改变孔隙水的化学性质,影响亚稳定碳酸盐矿物的保存,导致碳酸盐沉积物...     

Do paleoclimate proxies agree? A test comparing 19 late Holocene climate and sea‐ice reconstructions from Icelandic marine and lake sediments

Geochemical, mineralogical and biological indicators preserved in sediments are widely used to reconstruct past climate change, but proxies differ in the degree to which their utility as climate indicators has been validated via laboratory experiments, modern spatial calibrations, or down‐core comparisons with instrumental climate data. Multi‐proxy studies provide another means of evaluating interpretations of proxies. This paper presents a multi‐proxy assessment comparing 19 sub‐centennially resolved late Holocene proxy records, covering the period 300–1900 AD, from seven Icelandic marine and lacustrine core sites. We employ simple statistical comparisons between proxy reconstructions to evaluate their correlations over time and, ultimately, their utility as proxies for regional climate. Proxies examined include oxygen isotopic composition of benthic and planktonic foraminifera, abundance of the sea‐ice biomarker IP₂₅, allochthonous quartz in marine sediments (a proxy for drift ice around Iceland), marine carbonate abundance, total organic carbon concentration, chironomid assemblages, lacustrine biogenic silica and carbon/nitrogen ratios in lake sediments. Most of the examined proxy records, including temperature and sea‐ice proxies, correlate strongly with each other over multi‐centennial timescales, and thus do appear to record changes in regional climate. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Did the Indo‐Asian summer monsoon decrease during the Holocene following insolation?

A few studies from the western Arabian Sea indicate that the Indian summer (or southwest) monsoon (ISM), after attaining its maximum intensity at ca. 9 ka, declined during the Holocene, as did insolation. In contrast, earlier and later observations from both the eastern and the western Arabian Sea do not support this inference. Analysis of multiple proxies of productivity in a new sediment core from the western Arabian Sea fails to confirm the earlier, single‐proxy (e.g. abundance of Globigerina bulloides) based, inference of the Holocene weakening of ISM, following insolation. The reason for the observed decreasing trend in foraminiferal abundance – the basis for the earlier inference – could be the favouring of silicate rather than carbonate productivity by the increased ISM wind strength. Although ISM exhibits several multi‐millennial scale fluctuations, there is no evidence from several multi‐proxy data to conclude that it declined during the Holocene; this is consistent with the phase lag analysis of longer time series of monsoon proxies. Thus, on sub‐Milankovitch timescales, ISM did not follow insolation, highlighting the importance of internal feedbacks. A comparison with East Asian summer monsoon (EASM) records suggests that both ISM and EASM varied in unison, implying common forcing factors on such longer timescales. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Burial Records of Reactive Iron in Cretaceous Black Shales and Oceanic Red Beds from Southern Tibet

One of the new directions in the field of Cretaceous research is to elucidate the mechanism of the sedimentary transition from the Cretaceous black shales to oceanic red beds. A chemical sequential extraction method was applied to these two types of rocks from southern Tibet to investigate the burial records of reactive iron. Results indicate that carbonate-associated iron and pyrite are relatively enriched in the black shales, but depleted or absent in red beds. The main feature of the reactive iron in the red beds is relative enrichment of iron oxides （largely hematite）, which occurred during syn-depostion or early diagenesis. The ratio between iron oxides and the total iron indicates an oxygen-enriched environment for red bed deposition. A comparison between the reactive iron burial records and proxies of paleo-productivity suggests that paleo-productivity decreases when the ratio between iron oxides and the total iron increases in the red beds. This phenomenon could imply that the relationship between marine redox and productivity might be one of the reasons for the sedimentary transition from Cretaceous black shale to oceanic red bed deposition.     

生物活性元素Fe来源及其溶解度影响因素研究综述

具有生物活性的元素Fe被认为限制了海洋生物生产力,其在海洋生态系统中的生物地球化学循环对全球碳循环起到调节作用,全球40％～50％的海洋因“高叶绿素低营养盐”(HNLC)“缺Fe”而初级生产力较低.然而,关于生物活性元素Fe的研究不仅涉及海洋科学,还与大气科学、环境科学、地球科学等学科紧密联系.近些年,围绕生物活性元素“Fe”开展的研究不仅是地球科学领域的前沿问题,还是海洋学家与环境学家共同关注的热点问题.目前,尽管对于生物活性元素Fe的研究已取得很大的进展,但模型、室内实验及野外观测之间仍存在很大的挑战与不确定性.系统地总结了生物活性元素Fe最重要的自然来源方式,详细介绍了影响生物活性元素Fe溶解度的主要因素,最后,对将来的工作提出建议,为我国未来开展类似的研究提供参考.