锂同位素与大陆风化

气候变化与大气二氧化碳浓度息息相关.大陆岩石圈风化是影响大气二氧化碳浓度的重要过程.通过还原陆壳古风化信息,我们可以有效地了解地球气候条件的演化历史.传统方法上,前人曾使用锶同位素示踪大陆风化,但其解释尚有不足.例如,海水锶同位素比值会受到海洋热液的影响,而河流锶同位素比值则易受风化岩石类型的影响.此外,只有硅酸盐风化被认为在长时间尺度控制着大气碳汇,但锶的碳酸盐风化却与硅酸盐风化很难分辨.因此,我们需要一种更理想的同位素体系作为示踪大陆风化历史的介质.锂,作为微量元素,主要集中在岩石圈的硅酸盐矿物中,在碳酸盐岩含量较少.所以,硅酸盐风化可以使用锂同位素予以记录.同时,锂同位素受生物分馏效应影响较小,可以在海相碳酸盐岩中保存良好.这些优势为海相碳酸盐岩的锂同位素信号示踪大陆风化历史提供了有力支撑,但我们仍需对风化、迁移和结晶等过程的锂同位素地球化学行为有清晰的认识.为此,本文回顾不同储库的锂同位素组成以及各物相间锂元素配分和同位素分馏特征,总结了近年来锂同位素在重建大陆风化历史方面的进展,并详述了有待解决的关键问题.     

最近13万年来黄土高原黄土剖面中绿泥石的化学风化与古气候变迁

对黄土高原不同纬度地区的4个黄土—古土壤剖面和lO个现代土壤样品中绿泥石的化学风化进行研究，发现黄土—古土壤剖面中的绿泥石在最近13万年发生了明显的化学风化，其风化程度受剖面位置和气候控制；黄土—古土壤剖面中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值与磁化率之间具有良好的负相关关系，绿泥石的化学风化与古土壤中铁氧化物矿物的形成和磁化率的增强之间有成因联系；黄土高原现代地表样品中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)比值与现代年平均温度和年平均降水量有着良好的相关关系。认为ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值可作为新的指示夏季风变化的替代性指标，对于定量重建古气候的变迁历史具有重要意义。     

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。     

新疆伊犁昭苏黄土剖面中的矿物组成及其风化意义

应用X射线衍射(XRD)分析技术,对处于西风区的新疆伊犁昭苏黄土剖面中的138个全岩样品和9组分粒级样品进行了分析,获得了该剖面的矿物组分、含量及其粒径分布信息.昭苏黄土主要由石英、方解石、绿泥石、斜长石、普通角闪石、钾长石、白云石和白云母组成;方解石在各个粒级组分中分布相对均匀;石英、白云石、斜长石、普通角闪石和钾长石主要赋存于粗颗粒中;绿泥石在细颗粒中的含量明显较高;白云母在16 ～32 μm粒级组分中含量较低,在其它粒级组分中的含量则相对更高.各矿物学指标揭示了昭苏黄土剖面的化学风化程度整体较低且变化幅度不大,但古土壤层的化学风化程度稍强于黄土层;物理风化则经历了由强到弱的两个波动过程.     

新生代气候变化与陆地硅酸盐岩风化和海洋Sr同位素研究

新生代全球气候自始新世55Ma以来在逐渐变冷。陆地硅酸盐岩在造山带和高原地区通过加速化学风化，消耗了大气中的CO2温室气体造成了新生代气候变冷。目前关于陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素关系的研究，主要存在两种观点：一种认为海水Sr同位素变化可作为全球地表化学风化的替代性标志；另一种观点认为全球并不存在平均地表风化这种说法，海水Sr同位素在地质历史中的演化是主要与某种地质构造事件或岩石类型的风化有关。我国应当不失时机地加快对源于喜玛拉雅山地的恒河－布拉马普特拉河进行研究，以进一步揭示陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素变化的关系。     

西江流域化学风化过程及其CO2消耗通量

为深入评估中国南方陆地风化过程及河流物质循环过程, 通过测定西江主要干、支流丰水期及枯水期水体主要离子和锶及其同位素比值, 结合Galy模型对西江流域化学风化特征及CO2消耗通量进行计算。结果表明: (1)西江流域化学风化受人类活动的影响较小, 流域化学风化过程主要受到碳酸的控制。(2)河水阳离子的主要物质来源为硅酸盐岩和碳酸盐岩风化, 硅酸盐岩在丰水期和枯水期的阳离子物质来源摩尔占比均为0.04, 碳酸盐岩中石灰岩占比分别为0.79和0.78, 白云岩分别为0.17和0.18。(3)西江流域在丰水期和枯水期的化学风化过程具有一定的差异性, 由于硫酸参与白云岩的风化作用影响碳酸盐岩风化过程中的CO2消耗通量, 导致各个化学风化过程所涉及的CO2通量有所差别。(4)碳酸风化碳酸盐岩在丰水期和枯水期所消耗的CO2通量分别为(0.78~244.25)×106 mol/km2/yr和(0.10~49.16)×106 mol/km2/yr, 硫酸风化碳酸盐岩所产生的CO2通量分别为(0.25~42.16)×106 mol/km2/yr和(0.01~13.90)×106 mol/km2/yr, 碳酸风化硅酸盐岩所消耗CO2通量的分别为(0.05~17.83)×106 mol/km2/yr和(0.02~6.07)×106 mol/km2/yr。     

土壤侵蚀与第四纪生态环境演变

本文以考察研究土壤侵蚀区域规律和黄土-古土壤剖面特征为基础,分析讨论了土壤侵蚀与第四纪生态环境的关系。文中对自然侵蚀相对强烈期的判断,沉积-成壤反映的地质事件突变性和渐变性问题,自然侵蚀的时、空分异及其在现代侵蚀过程中的地位和作用均提出了与某些报道不同的见解和新的认识。     

再论印度—亚洲大陆碰撞的启动时间

利用沉积响应来识别印度－亚洲大陆碰撞启动时间是最直接和有效的方法之一。西藏仲巴错江顶群被甄别为碰撞型三角洲沉积，曲下组可能代表了碰撞启动时期的建造，藏南定日的海相白垩－古近系沉积演化，锶和碳同位素变化也支持两大陆碰撞启动时间大约在K／T界线时期，对比喜马拉雅西段碰撞启动时间并考虑大印度北缘失掉的宽度，提出两大陆量可能的碰撞启动时间是65Ma左右。     

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。     

陕西岐山黄土剖面 Rb、Sr组成与高分辩率气候变化

陕西岐山五里铺全新世黄土剖面层次结构清晰完整。通过对该剖面Rb、Sr含量和磁化率系统测定表明 ,黄土中Rb、Sr含量和Rb/Sr值明显不同于古土壤。它们作为气候替代指标比磁化率更灵敏 ,分辩率更高。Rb、Sr高含量及低Rb/Sr值指示冬季风占优势的干旱期 ,相对低的Rb、Sr含量及高的Rb/Sr值指示夏季风占优势的湿润时期。揭示在大约 6 0 0 0～ 5 0 0 0aBP曾出现一次以干旱为特征的明显气候恶化期 ,使全新世“大暖期”分裂形成两个主要的成壤期。黄土高原南部自全新世以来 ,经历了黄土沉积→土壤发育→黄土覆盖→土壤再度发育→黄土堆积及现代表土的发展演化阶段。     

Behaviours of REE and Other Trace Elements During Pedological Weathering-Evidence from Chemical Leaching of Loess and Palaeosol from the Luochuan Section in Central China

The chemical leaching method is used for a systematic analysis of distribution characteristics of acid-soluble and acid-insoluble REE and other trace elements from the Luochuan loess deposits. The study shows that the acid-insoluble phase in loess and palaeosol is a stable component of old aeolian dusts and is characteristic of the provenance; the acid-soluble phase is the unstable component in the weathering pedogenic process and reflects rock-forming features after accumulation of aeolian dusts. The acid-insoluble REE and acid-soluble Sr and Pb can be used as geochemical indicators respectively to trace the provenance characteristics and the weathering pedogenic process.     

On the interpretation of the oceanic variations in87Sr/86Sr as recorded in marine limestones

The present published inventory of fluvial Sr and⁸⁷Sr/⁸⁶Sr data, combined with new information from the big rivers of Eastern Siberia (a combined total of ∼ 1,000 measurements), is used to investigate the probable origin of the large rise in the marine isotopic ratio, recorded in limestones, over the last ∼ 20 million years. With the exception of the data from the Ganga-Brahmaputra all measurements fall on what is proposed to be called the “Wickman trend”, essentially a mixing line between the limestone sink for Sr, with the integrated marine ratio, and the flux from the weathering of average continental crust. However, time-variations along this trend, i.e. changes in relative weathering intensity, cannot explain the observations from limestones. They can only be caused by very high and radiogenic fluxes of Sr as are occurring from the present Himalayan orogeny, lying far above the Wickman trend and caused by metamorphic remobilization of radiogenic Sr during underthrusting and subsequent unroofing associated with the collision of India with Eurasia. In general the variations in the ratio are therefore caused by specific tectonic events, not by general climatic variations in the intensity of aluminosilicate weathering.     

青藏高原大陆动力学的科学问题

在初步分析大陆动力学的基本含义及其与岩石圈动力学关系的基础上,提出了青藏高原大陆动力学8个方面的科学问题,其核心科学问题是:青藏高原的形成是印度板块与欧亚板块碰撞的滞后效应还是大陆板内构造过程;青藏高原不同构造演化阶段是否具有不同的动力学机制;解体的青藏高原岩石圈下地壳何时、何处、如何和为何流动;青藏高原怎样与周边的盆地同步强耦合作用;如何通过青藏高原大陆动力学的创新带动能源、资源、环境、灾害等应用基础理论的创新.     

Weathering processes in the Indus River Basin: implications from riverine carbon, sulfur, oxygen, and strontium isotopes

This study deals with the major ions and isotope systematics for C, O, S, and Sr in the Indus River Basin (IRB). Major ion chemistry of the Indus, and most of its headwater tributaries, follow the order Ca²⁺>Mg²⁺>(Na⁺+K⁺) and HCO₃⁻>(SO₄²⁻+Cl⁻)>Si. In the lowland tributaries and in some of the Punjab rivers, however, (Na⁺+K⁺) and (SO₄²⁻+Cl⁻) predominate. Cyclic salts, important locally for Na⁺ in dilute headwater tributaries, constitute about 5% of the annual solutes transported by the Indus. Weathering of two lithologies, sedimentary carbonates and crystalline rocks, controls the dissolved inorganic carbon (DIC) concentrations and its carbon isotope systematics throughout the Indus, but turbulent flow and lower temperatures in the headwaters, and storage in reservoirs in the middle and lower Indus promote some equlibration with atmospheric carbon dioxide. Combined evidence from sulfur and oxygen isotopic composition of sulfates refutes the proposition that dissolution of these minerals plays a significant role in the IRB hydrochemistry and suggests that any dissolved sulfates were derived by oxidation of sulfide minerals.

In the upper Indus, silicate weathering contributes as much as 75% (or even higher in some tributaries) of the total Na⁺ and K⁺, declining to less than 40% as the Indus exits the orogen. In contrast, about two-thirds of Ca²⁺ and Mg²⁺ in the upper Indus (over 70% in some tributaries) and three-fourth in the lower Indus, are derived from sedimentary carbonates. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios tend to rise with increasing proportions of silicate derived cations in the headwater tributaries and in the upper and middle Indus, but are out of phase or reversed in the lower Indus. Finally, close to the river mouth, the discharge weighted average contribution of silicate derived Ca²⁺+Mg²⁺ and silicate derived Na⁺+K⁺ are, respectively, about one-fourth and two-thirds of their total concentrations.     

青藏高原东部金沙江流域盆地陆地风化特征

青藏高原东部金沙江流域是研究高原隆升与陆地风化的理想地区。本文通过对金沙江河流系统的取样,从河流溶质载荷主要离子和悬浮载荷粘土矿物等方面揭示青藏高原东部金沙江流域盆地陆地风化特征。研究表明,金沙江流域盆地陆地岩石风化主要是碳酸盐岩、蒸发盐岩和硅酸盐岩。利用S i、S i/TZ+*、S i/Na*+K和S i/K以及(Na*+K)/TZ+等5个指标结合流域区域岩石分布和土壤特征揭示出流域硅酸盐岩为浅表性初级风化,风化产物主要是富含阳离子的次生粘土矿物。     

大陆板块俯冲和折返的同位素地球动力学

大别 -苏鲁造山带是扬子大陆板块与华北大陆板块之间在三叠纪时期俯冲 -碰撞所形成的超高压变质带。对该带超高压变质岩的稳定同位素研究发现 ,不仅含柯石英榴辉岩出现局部氧同位素负异常 (δ18O =- 10‰ ) ,而且区域上存在氧同位素分布的不均一性 (δ18O =- 10‰～+10‰ )。前者要求榴辉岩原岩在变质前经历过大气降水热液蚀变 ,说明俯冲板块具有大陆地壳特点 ;后者反映扬子板块具有快速俯冲变质的特征 ,否则将达到同位素均一化。榴辉岩氧同位素负异常的保存显示 ,这些超高压变质岩与地幔之间没有发生显著的化学相互作用。因此 ,载有榴辉岩原岩的板块俯冲到 2 0 0多公里深的地幔内部时 ,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短(<10Ma) ,致使它们与地幔之间的氧同位素交换没有达到再平衡。榴辉岩中不同矿物对氧同位素测温不仅给出了相互一致的结果 (6 5 0～ 75 0℃ ) ,而且这些温度与阳离子交换温度计的结果 (6 0 0～80 0℃ )相一致。因此 ,在榴辉岩相变质温度下共生矿物之间的氧同位素平衡已被“冻结” ,岩石冷却过程中的氧同位素交换再平衡没有发生 ,从而证明超高压榴辉岩在变质作用后经历了快速降压/冷却过程 ,对应于板块的快速抬升。这些结果首次从地球化学角度证明了大陆板块俯冲—超高压变质—折     

新疆伊犁黄土化学风化特征及其控制因素

       通过对伊犁盆地昭苏黄土剖面元素地球化学分析,结合与黄土高原典型第四纪风成堆积洛川剖面的对比,对伊犁黄 土常量元素分布规律及化学风化特征进行初步研究发现,伊犁昭苏剖面黄土和古土壤主要元素含量具有较好的一致性,暗 示着沉积后两者所经历的风化作用相似。与黄土高原相比,伊犁黄土和古土壤除CaO,MgO和Na2O,P2O5分别出现较大程度的 富集和较小程度的亏损外,其它常量元素含量的变化趋势基本一致;CIA指数、Na/K比值及A-CN-K图解显示伊犁黄土和古土 壤均经历了低等强度的化学风化作用,弱于黄土高原的洛川黄土及古土壤,黄土和古土壤风化分异作用不明显。气候条件 尤其水热组合模式（降水、温度和蒸发量等）对伊犁黄土化学风化的起着重要的制约作用。     

中国北方陆相沉积5.30Ma磁性地层序列

本文通过中国北方新第三纪晚期典型剖面的磁性地层研究,建立５．３０Ｍａ以来中国北方陆相沉积积磁性地层序列。中国黄土记录了Ｂｒｕｎｈｅｓ正极性带与Ｍａｔｕｙａｍａ负极性带,年龄约２．５０Ｍａ。静乐红土（包括静乐剖面,榆林剖面,蓝田剖面）对应于Ｇａｕｓｓ正极性带与Ｇｉｌｂｅｒｔ负极性带,年龄约２．５０￣５．３０Ｍａ。三门组记录了Ｍａｔｕｙａｍａ负极性带下段,年龄约１．２０￣２．５０Ｍａ。游河组记录了Ｇａ