古海洋生产力地球化学指标的研究

第30卷 第2期2011年 3月

地质科技情报

GeologicalScienceandTechnologyInformation

Vol.30 No.2Mar.

2011

古海洋生产力地球化学指标的研究

沈 俊,施张燕,冯庆来

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(中国地质大学a.生物地质与环境地质教育部重点实验室;b.地质过程与矿产资源国家重点实验室,武汉430074)

摘 要: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(Al、Fe、P)、微量元素(Ba、Cu、Zn、Ni、Cd、Sr/Ca、Mo)、同位素(碳、氮同位素)等在古生产力研究中的应用及相关的研究动态与进展,并着重介绍了用Cu、Zn、Ni、Ba等来定量计算生产力的模型以及其模型在全球应用中取得的成果。指出运用生产力地球化学指标研究生产力时应充分考虑不同指标的适用性和局限性,并讨论了目前研究中存在的问题、不足以及以后研究的展望。

关键词:古生产力指标;古海洋学;生产力定量计算;地球化学

中图分类号:P736.221 文献标志码:A 文章编号:1000 7849(2011)02 0069 09 海洋表层生产力是指在单位时间内,单位面积的表层海水中,由于光合作用所进行的无机碳向有机碳所转变的量,其生产是全球碳循环的重要环节[1]。它和全球的生物化学循环有着密切的关系[2]。同时,古生产力的变化对海水的表层状况、上升流、季风波动以及环流变化等有一定的指示作用,因此古生产力的研究有助于更加全面认识大气CO2的浓度、气候变迁和海洋环境之间的联系[3 4]。用古海洋生产力的定量估算结果对比当前海洋生产力的状况,还有助于研究影响海洋生产力的限制因子。对于古海洋而言,生产力的直接测量是不可能的,因此寻求合适的生产力替代指标是古海洋学的重要内容[6 7]。古海洋生产力替代指标包括生物沉积物指标、地球化学指标、古生物指标等。生物沉积物指标和古生物指标受很多因素的制约:生物有机碳易于在沉积过程中降解,不易保存[9];生物成因碳酸盐受溶解作用的影响,只能适用于沉积环境处于碳酸盐补偿深度以上的海域;生物硅在沉降过程的溶解率和海底的循环速率难以估计,使得生物硅作为古生产力指标的研究仅限于部分海域[11];用有孔虫作为生产力指标时要考虑有孔虫的保存率等。随着现代分析测试技术的进步,地球化学分析的精度与分析效率越来越高,使得地球化学指标在古海洋分析中的作用日益显现[7]。地球化学指标主要包

收稿日期:2010 03 22 编辑:禹华珍

基金项目:国家自然科学重点基金项目(40839903);中国石油化工集团项目(G0800 06 ZS 319);教育部高等学校博士学科点专项科

研基金项目(20060491502)

作者简介:沈 俊(1988 ),男,现正攻读地层与古生物学专业硕士学位,主要从事沉积地球化学方面的工作。E mail:shenjun_

2009@163.com

通讯作者:冯庆来(1961 ),男,教授,博士生导师,主要从事微体古生物学、造山带地质学和重大地质事件研究。E mail:qin

cug.[10]

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括主量元素指标、微量元素指标和同位素指标[6 8]。

国内对古生产力地球化学指标的研究起步较晚,许多学者对部分指标作了系统的介绍[5,7 8],这些指标在全球很多地区都取得了很好的指示效[5,12 13]果。但是,对最近几年新的地球化学指标尤其是定量计算生产力的指标引进较少,对各个指标的适用条件介绍不多。本文将从古生产力替代指标的示踪原理和应用的角度综合阐述各种地球化学指标的应用条件以及存在的问题,以推动这方面的研究。

许多元素常以溶解态或吸附态存在于海水中。生物作用和非生物作用都可以把海水中溶解态的元素沉积到沉积物中。生物作用主要是元素作为浮游生物的营养元素随着生物死亡沉降而到达沉积物中。非生物过程是元素吸附在死亡的生物遗体表面随生物遗体沉降而沉积。尽管在沉积过程中会发生复杂的过程,但部分元素在沉积物中的沉积通量被认为与表层的生产力成比例[11]。这样就使得用生

[14 16]

物化学方法来重组古生产力成为可能。但沉积物中的元素只有生物成因(包括生物作用和非生物作用)的元素才可以反映生产力的变化,所以在用元素来反演生产力的变化之前要扣除其他因素的影响。

1 陆源成分的扣除

海底沉积物中元素的成因主要包括陆源成因、