晚奧陶-早志留世海洋的碳、硫、鍶和汞循環(huán).pdf

1、地質(zhì)歷史時(shí)期典型生物滅絕事件期間環(huán)境氣候條件以及海洋碳硫循環(huán)的重建，對(duì)人類正確認(rèn)識(shí)現(xiàn)代環(huán)境和生物危機(jī)以及促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展具有重要意義。本課題以晚奧陶世海相沉積巖為載體，探究當(dāng)時(shí)生物大滅絕期間海洋和大氣的化學(xué)條件及其變化機(jī)制以及對(duì)生物滅絕的影響。本文主要集中于以下三個(gè)方面:
　　1.晚奧陶世海洋碳循環(huán)擾動(dòng)機(jī)制的探究
　　在具有詳細(xì)生物地層控制的基礎(chǔ)上，對(duì)采自美國內(nèi)華達(dá)州Copenhagen Canyon剖面碳酸鹽的無機(jī)碳同

2、位素、87Sr/86Sr比值以及微量元素進(jìn)行分析，并結(jié)合模型計(jì)算重建了當(dāng)時(shí)海洋碳循環(huán)及其擾動(dòng)的主要控制因素。結(jié)果表明，該剖面未受顯著的后期成巖蝕變，記錄了海水的原始同位素信息:晚奧陶期間存在兩次顯著的碳同位素正偏移（峰值分別為～+7‰和～+5‰），且與岡瓦納冰川的開始和消融具有很好的一致性。對(duì)應(yīng)地，87Sr/86Sr比值存在兩次快速降低且與碳同位素和冰川協(xié)同變化。結(jié)合數(shù)據(jù)以及海洋箱式模型的綜合分析，本文認(rèn)為碳酸鹽風(fēng)化輸入的增加是導(dǎo)致全球

3、晚奧陶世碳同位素正偏的主導(dǎo)因素，不一定需要有機(jī)碳埋藏增加:冰川開始，海平面下降，碳酸鹽臺(tái)地風(fēng)化加強(qiáng)，導(dǎo)致河流輸入的碳同位素組成變重，從而導(dǎo)致海相碳酸鹽的碳同位素組成正偏;冰川融化，海平面上升，碳酸鹽臺(tái)地被海水淹沒，風(fēng)化輸入減少，海相碳酸鹽的碳同位素組成恢復(fù)到初始值。
　　2.貴州紅花園剖面的多硫同位素(△33S，δ34S，和△36S)記錄及其環(huán)境指示意義對(duì)采自貴州桐梓紅花園剖面的沉積巖樣品進(jìn)行高精確度的多硫同位素組成以及碳、硫含量

4、分析。首次在24.5億年以來的地質(zhì)記錄中發(fā)現(xiàn)了硫同位素的非質(zhì)量相關(guān)分餾(△33S最大可達(dá)～0.9‰)。通過對(duì)數(shù)據(jù)和硫同位素分餾原理的綜合分析，認(rèn)為與大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)相伴隨的平流層光化學(xué)反應(yīng)是產(chǎn)生紅花園硫同位素非質(zhì)量相關(guān)分餾的原因。這一發(fā)現(xiàn)識(shí)別出晚奧陶期間華南曾存在多次平流層火山噴發(fā)，并將大規(guī)模火山活動(dòng)和晚奧陶世生物滅絕聯(lián)系起來;表明硫同位素的非質(zhì)量相關(guān)分餾也能發(fā)生并保存在顯生宙的地質(zhì)記錄中，為晚奧陶世生物滅絕的機(jī)制提供了新的視角，也為重建

5、地史時(shí)期火山活動(dòng)的生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)提供了新的有效研究手段。這一結(jié)論也得到其他地質(zhì)記錄的支持:在華南及全球中晚奧陶世地層中廣泛發(fā)現(xiàn)大量蝕變火山灰夾層，表明當(dāng)時(shí)全球火山活動(dòng)頻繁，與火山活動(dòng)相伴隨的環(huán)境惡化以及臭氧層空洞可能是造成晚奧陶世生物滅絕的原因之一。
　　3.秀山和Vinini Creek剖面的汞(Hg)記錄及其環(huán)境指示意義
　　對(duì)采自重慶秀山和美國內(nèi)華達(dá)州Vinini Creek剖面的沉積巖樣品進(jìn)行Hg濃度、Hg/TOC比

6、值以及Hg同位素組成的分析測(cè)試。發(fā)現(xiàn)兩個(gè)剖面在晚奧陶期間均呈現(xiàn)Hg富集特征(Vinini Creek剖面的Hg濃度高達(dá)736.6ppb)，遠(yuǎn)高于正常海洋沉積物的Hg含量，表明當(dāng)時(shí)外界Hg輸入顯著增加。結(jié)合Hg同位素?cái)?shù)據(jù)，本文認(rèn)為秀山和Vinini Creek異常的Hg富集特征是火山活動(dòng)導(dǎo)致Hg釋放增加的結(jié)果。晚奧陶世生物滅絕之前及附近層位的Hg富集信號(hào)指示火山活動(dòng)可能是造成這次生物滅絕的原因之一，與本文多硫同位素研究的結(jié)論一致。

7、　　另外，本文Hg濃度及Hg/TOC數(shù)據(jù)顯示局部的沉積環(huán)境條件可能對(duì)沉積物Hg異常的記錄產(chǎn)生顯著影響。火山活動(dòng)或其他過程導(dǎo)致的Hg輸入增加在沉積物中的保存與有機(jī)質(zhì)的埋藏量密切相關(guān):當(dāng)有機(jī)質(zhì)的埋藏量大大超過Hg沉降的需求時(shí)，即使火山活動(dòng)導(dǎo)致Hg輸入增加，Hg/TOC比值仍然因?yàn)門OC含量高而偏低，不能真實(shí)反映Hg輸入的異常;而如果有機(jī)質(zhì)埋藏太少，Hg輸入的異常也不能保存在沉積物中。因此，運(yùn)用沉積物Hg/TOC比值作為古火山活動(dòng)的指標(biāo)時(shí)，應(yīng)