晚奧陶-早志留世海洋的碳、硫、鍶和汞循環(huán).pdf

1、地質歷史時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，對人類正確認識現(xiàn)代環(huán)境和生物危機以及促進人與自然和諧發(fā)展具有重要意義。本課題以晚奧陶世海相沉積巖為載體，探究當時生物大滅絕期間海洋和大氣的化學條件及其變化機制以及對生物滅絕的影響。本文主要集中于以下三個方面:
　　1.晚奧陶世海洋碳循環(huán)擾動機制的探究
　　在具有詳細生物地層控制的基礎上，對采自美國內華達州Copenhagen Canyon剖面碳酸鹽的無機碳同

2、位素、87Sr/86Sr比值以及微量元素進行分析，并結合模型計算重建了當時海洋碳循環(huán)及其擾動的主要控制因素。結果表明，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。對應地，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。結合數(shù)據(jù)以及海洋箱式模型的綜合分析，本文認為碳酸鹽風化輸入的增加是導致全球

3、晚奧陶世碳同位素正偏的主導因素，不一定需要有機碳埋藏增加:冰川開始，海平面下降，碳酸鹽臺地風化加強，導致河流輸入的碳同位素組成變重，從而導致海相碳酸鹽的碳同位素組成正偏;冰川融化，海平面上升，碳酸鹽臺地被海水淹沒，風化輸入減少，海相碳酸鹽的碳同位素組成恢復到初始值。
　　2.貴州紅花園剖面的多硫同位素(△33S，δ34S，和△36S)記錄及其環(huán)境指示意義對采自貴州桐梓紅花園剖面的沉積巖樣品進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記錄中發(fā)現(xiàn)了硫同位素的非質量相關分餾(△33S最大可達～0.9‰)。通過對數(shù)據(jù)和硫同位素分餾原理的綜合分析，認為與大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)相伴隨的平流層光化學反應是產生紅花園硫同位素非質量相關分餾的原因。這一發(fā)現(xiàn)識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)模火山活動和晚奧陶世生物滅絕聯(lián)系起來;表明硫同位素的非質量相關分餾也能發(fā)生并保存在顯生宙的地質記錄中，為晚奧陶世生物滅絕的機制提供了新的視角，也為重建

5、地史時期火山活動的生態(tài)和環(huán)境效應提供了新的有效研究手段。這一結論也得到其他地質記錄的支持: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，表明當時全球火山活動頻繁，與火山活動相伴隨的環(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
　　對采自重慶秀山和美國內華達州Vinini Creek剖面的沉積巖樣品進行Hg濃度、Hg/TOC比

6、值以及Hg同位素組成的分析測試。發(fā)現(xiàn)兩個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736.6ppb)，遠高于正常海洋沉積物的Hg含量，表明當時外界Hg輸入顯著增加。結合Hg同位素數(shù)據(jù)，本文認為秀山和Vinini Creek異常的Hg富集特征是火山活動導致Hg釋放增加的結果。晚奧陶世生物滅絕之前及附近層位的Hg富集信號指示火山活動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)境條件可能對沉積物Hg異常的記錄產生顯著影響?；鹕交顒踊蚱渌^程導致的Hg輸入增加在沉積物中的保存與有機質的埋藏量密切相關:當有機質的埋藏量大大超過Hg沉降的需求時，即使火山活動導致Hg輸入增加，Hg/TOC比值仍然因為TOC含量高而偏低，不能真實反映Hg輸入的異常;而如果有機質埋藏太少，Hg輸入的異常也不能保存在沉積物中。因此，運用沉積物Hg/TOC比值作為古火山活動的指標時，應