Mn2+和Fe3+的致色作用:来自意大利白垩纪远洋红色灰岩的启示

本文首先详细研究了含Mn2 和Fe3 的致色矿物菱锰矿、鲕状赤铁矿、云母赤铁矿和镜铁矿的可见光吸收光谱及其一阶导数谱,鲕状赤铁矿、云母赤铁矿和镜铁矿的可见光吸收一阶导数谱的红光区的吸收谷的位置的变化表明随赤铁矿结晶度的降低,吸收谷由586.4nm移至577.4nm,而菱锰矿展示出了Mn2 的因电子跃迁产生的四个典型吸收及其一阶导数谱上577nm的吸收谷的强度比赤铁矿相应谷的强度低一个数量级,表明其电子跃迁的致色机理与赤铁矿的染色机理完全不同。依据赤铁矿的结晶度和鲕状赤铁矿与大洋红层中赤铁矿的沉积成因相似的原则遴选出鲕状赤铁矿为含Fe3 致色矿物,依据菱锰矿是和方解石具有相似结构且为红色的原则选取菱锰矿为含锰致色矿物,并佐以化学纯氧化镁为基体配制了一系列的含菱锰矿、鲕状赤铁矿和菱锰矿及鲕状赤铁矿的两相或三相混合物。详细研究了三类混合物的可见光吸收光谱的一阶导数谱,发现含菱锰矿和含鲕状赤铁矿在573nm附近均存在一吸收谷,鲕状赤铁矿的重量分数低至0.05%时仍可见一明显吸收谷且该吸收谷移至565nm附近,菱锰矿在低至0.50%时也可见这一吸收且在低至0.11%时仍可显示出菱锰矿的信息,其575nm的吸收峰未见偏移;混合物可见光一阶导数吸收谱上鲕状赤铁矿的575nm附近的吸收谷的强度随鲕状赤铁矿的重量分数的升高而增强,而所有的配制混合物中该吸收谷的位置低于577.4nm的事实也表明为使致色矿物和氧化镁混合均匀的研磨降低了赤铁矿的结晶度。本研究表明Mn2 的电子跃迁激发和细小、结晶差的赤铁矿的染色共同造就了意大利白垩纪远洋红色灰岩的红色。     

现代大洋红色粘土与白垩纪大洋红层元素地球化学对比

现代大洋红色粘土形成于沉积速率和生产力都极低、相对氧化的深海环境(CCD界面之下),在元素地球化学上有以下特征;①主量元素中Fe主要为陆源输入,低度富集,但Fe3 /∑Fe值很高,主要以Fe3 为主;Mn主要以MnO2自生沉积,高度富集;Ca强烈亏损;②微量元素Co、Cr、Cu、Ni、V、Zn在红色粘土中基本为低度富集,个别富集程度异常高者,可能受到热液的影响;③红色粘土中Ce出现强烈的正异常,这是沉积速率极低的相对氧化条件下,Fe-Mn氧化物\氢氧化物吸附沉积所致;④红色粘土中有机碳含量极低,而且反映生产力状况的Si、P、Ba均表现为亏损一低富集,反映了极低的生产力.极低的沉积速率和生产力很可能在红色粘土的形成过程中起主导作用.白垩纪大洋红层元素地球化学特征与现代大洋红色粘土有很大的相似性,Fe主要以Fe3 为主,Mn富集;Co、Cr、Cu、V、Zn亏损一低度富集;有机碳含量极低,Si、P、Ba亏损一低度富集,但细节上两者又存在一些不同:大洋红层中Ca出现高富集,反映其沉积在CCD界面之上或附近;大洋红层中Mn主要为MnCO3,这是CCD界面附近或之上,MnO2随埋藏加深被还原所形成;Ce在红层中出现强烈负异常,说明底层水中Ce亏损,暗示了Ce亏损的氧化洋流.由于白垩纪大洋红层的沉积速率普遍高于现代大洋红色粘土,其形成主要受氧化的底层洋流控制.这种富氧洋流很可能是C/T缺氧事件后大气CO2降低、氧含量增加、全球变冷,使得海水溶解氧浓度相应增加所形成.     

河流砾—砂过渡（GST）研究进展

河流从上游山区流经下游宽阔地带时,所搬运物质在磨损和分选作用下逐步变细,当沉积物减小到中粗卵砾级别时（10~20 mm）,会在相对短距离内（几倍河道宽度）快速转变为极粗砂（1~2 mm）,这种粒度突变现象被称为砾—砂过渡（gravel-sand transition,GST）。对河流砾—砂过渡进行了系统调研,介绍了其在河流中的基本特征;分析了砾—砂过渡的发生机理,包括粒度突变的外因假说、2~10 mm粒径空缺的内因解释,以及GST中加剧砾砂流动性差异的过程;也介绍了GST的空间普适性、其前后的河流转变和位置稳定性。GST的深入研究对于理解河流演化、泥沙运移、洪水风险管理、沉积物源分析具有重要意义。     

白垩纪“温室”气候与海洋

白垩纪典型的"温室"气候和海洋一直是地学界关注的焦点之一.与现今地球"冰室"状态相比,温室状态下的气候和海洋遵循着不同的运行模式.本文在近年来取得的大量同位素、古生物以及气候和海洋模拟实验数据的基础上,评述了白垩纪古气候和古海洋研究中取得的重要进展.化石氧同位素数据揭示白垩纪全球平均气温比现今高3～10℃,海洋纬向温度梯度仅0.15～0.3℃/1°,全球海洋结构和大洋环流可能与现今完全不同,大洋环流的驱动很可能是盐度变化而不是温度差异.白垩纪深水沉积显示出从早白垩世碳酸盐台地相、含黑色页岩夹层、黑色页岩和大洋红层大规模出现一直到晚白垩世整体以大洋红层为主的转变.对该沉积转变机制及其与古海洋、古气候关系的研究正是IGCP463/494的主要科学目标.     

印度-亚洲大陆碰撞初期的海沟沉积:藏东南宗卓组沉积岩石学与物源分析

混杂岩是汇聚板块边缘的地质体,主要形成于俯冲和碰撞的背景下。本文对藏东南浪卡子地区宗卓组进行了详细的野外地质调查、岩石学研究和物源分析。野外调查表明,宗卓组与下伏特提斯喜马拉雅地层的原始接触关系为逐渐过渡的沉积接触,后期构造作用多呈断层接触。界线附近,宗卓组滑塌的岩块长轴沿页岩片理方向展布,显示沉积混杂的特征;宗卓组多数地层受后期构造作用的改造。宗卓组的混杂岩由岩块和"基质"组成,岩块包括砂岩、灰岩、硅质岩,"基质"以硅质页岩、泥岩为主。砂岩岩块碎屑成分多为火成岩岩屑和沉积岩岩屑;碎屑锆石U-Pb年龄主要分布在88~140 Ma,中生代的锆石εHf(t)值变化范围大(-20~17)。这些特征表明岩块的物源为亚洲活动大陆边缘。结合宗卓组的基底为印度大陆北缘的特提斯喜马拉雅地层,因此宗卓组沉积混杂岩为印度-亚洲大陆碰撞之后沉积。由于宗卓组砂岩岩块缺乏冈底斯弧中古近纪年轻(60 Ma)年龄,推测这些砂岩岩块的碎屑并非直接来自冈底斯弧及拉萨地体,而是来自洋壳俯冲时期形成的增生楔修康混杂岩。由此,宗卓组为印度-亚洲板块碰撞初期,深水环境下侧向搬运形成的一套沉积混杂岩,物源主要来自西侧的修康混杂岩。宗卓组代表了印度-亚洲大陆碰撞最早期的海沟沉积,其分布指示了印度-亚洲大陆碰撞初期的缝合带位置。