海洋铪同位素演化及其对大陆物源与洋流变化的启示
用同位素揭示地球的奥秘——记中国地质大学(北京)陈岳龙教授

DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2012.22.030沧海桑田,时过境迁,曾经的海洋崛起为世界屋脊。
地质的变迁犹如一幕漫长的戏剧,在这片大地上无声的上演,在地质演化史上,随意的一个岩层、一个样品动辄几百万年,甚至数亿年。
跟漫长的地质演化史比起来,人的一生转瞬即逝,谁能将几十亿年的历史掌握在自己心中?中国地质大学陈岳龙教授,是我国著名的同位素地球化学研究领域的专家,他以同位素为技术手段,探索漫长的地质演化史。
他用隐藏在岩层中的蛛丝马迹,还原一个数十亿年的区域地质演化史。
碎屑沉积岩研究的突破进展地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,它是地质学与化学相结合而产生和发展起来的边缘学科。
地球化学的理论和方法,对地球科学的基本问题及矿产的寻找、评价和开发,农业发展和环境科学等都不可或缺。
陈岳龙1983年毕业于东华理工大学(原抚州地质学院、华东地质学院、东华理工学院)岩石矿物本科,获工学学士学位;1983~1990年间先后在中国科学院地球化学研究所攻读硕士、博士研究生,分别获理学硕士、博士学位。
1990年进入中国地质大学(北京)地球化学博士后流动站从事秦岭造山带花岗岩类地球化学研究。
1993年开始,陈岳龙在中国地质大学(北京)地球科学与资源学院先后任副教授、教授,从事地球化学方面的教学与科研工作。
从之前的求学到如今从事教学和科研工作,陈岳龙对地球化学这门边缘学科始终抱有极大的热情,他把这种热情倾注到科研中,倾注在三尺讲台。
科研不能闭门造车,要把眼光投向国际前沿。
陈岳龙在自己做科研的同时,又以前瞻性关注学科的最新动向,与国际同行做深入的交流,在学习与交流中不断地提升自己。
1998~2000年,他在日本大阪大学分别任日本学术振兴会外国人特别研究员、中国留学基金访问学者,2005年9月至2006年3月在澳大利亚国立大学、阿德来得大学任中国留学基金高级访问学者。
碎屑沉积物是指由地表流体所携带的源区岩石、矿物颗粒物当流动条件发生改变时,这些颗粒物在流体底部界面沉淀下来所形成的产物,一般携带这些颗粒物的流体是水流。
锆石微区原位铪同位素组成测定

锆石微区原位铪同位素组成测定说到锆石,你可能会想,“这东西听起来像是个超级硬的宝石,对吧?”锆石不仅仅是个漂亮的装饰品,它还是地球上最古老的东西之一。
它们小得像是沙粒,但却承载了无数年的地质历史。
说到这里,你可能就好奇了,锆石到底怎么跟铪同位素挂上了钩呢?咱们得从“原位”说起,原位这个词听起来挺高大上的,但其实它的意思就是“就在原地”,锆石里面的铪同位素,嗯,就是它们本来的样子,不是被“挪来挪去”的。
这玩意儿有点儿特别,为什么?因为铪是锆的亲戚,它们俩总是形影不离地待在一起。
想象一下,锆石就像是一个超级迷你的档案馆,里面记录了地球演化的历史。
而铪呢,正是其中的一种“记录员”,它通过它的同位素比率,能告诉我们锆石形成的时间,还有这些岩石背后隐藏的故事。
等会儿,我知道你想问,铪同位素是啥?简单来说,同位素就是元素的“不同版本”,它们的化学性质差不多,但重量稍微有点儿区别。
铪的不同版本就像是兄弟姐妹,虽然看起来差不多,但他们经历的事情完全不一样。
为什么要测定锆石的铪同位素组成呢?其实这是个超级聪明的办法。
你想啊,锆石本身可以保存地球上最早的记录,而铪同位素则能帮助我们搞清楚锆石形成的时代。
就好像你翻开一本尘封已久的历史书,铪同位素是那一页页记录年代的时间标记。
你要知道,地球可是个“大老粗”,它的历史跨度可不是几年,而是几亿年。
所以咱们得借助铪同位素这种小巧的工具,才能揭开岩石背后的秘密。
有些时候,研究人员还特别关注锆石里铪同位素的变化,因为这些变化能告诉咱们,地球的构造活动到底如何影响了锆石的形成。
你看,地球就像是一个不断在“做大动作”的大家伙,板块漂移,火山爆发,这些都可能导致锆石中铪同位素的比例发生变化。
通过这种“微妙的变化”,科学家们可以大致推测出,这些岩石是在哪个地质环境下形成的。
是不是很酷?你可能想象不到,一颗小小的锆石能透露出这么多信息呢。
不过,你也许会觉得,这么微小的元素,怎么测量得这么精确?现代的科技已经挺厉害的。
海洋沉积物与古气候变迁的关联分析

海洋沉积物与古气候变迁的关联分析海洋沉积物是地球上最重要的自然记录库之一,它们携带着丰富的信息,可以揭示出地球上过去几百万年的气候变迁。
通过对海洋沉积物中的各种氧、碳同位素以及微化石等的分析,科学家们能够还原出古代海洋的温度、盐度、营养物质浓度等参数,进而推断出古气候的变迁。
首先,氧同位素是研究古气候变迁的重要指标之一。
海水中的氧同位素组成与海洋的温度密切相关。
研究表明,冰期时海洋中的氧-18同位素含量较高,而间冰期时则降低。
这是因为冰川期时,大量的水分被蒸发后转移到大陆上形成冰川,留下的海水中氧-18同位素相对较多。
而在间冰期时,冰川融化释放的淡水进入海洋,稀释了海水中的氧-18同位素。
通过对海洋沉积物中氧同位素的测量,科学家可以推断出古代海洋温度的变化,从而得知全球气候的变迁情况。
其次,碳同位素也是重要的古气候变迁指示物之一。
地球上的大部分生物都会吸收二氧化碳进行光合作用,因此碳同位素组成在生物体内会有特定的比例。
当生物死亡后,它们的遗体会沉积在海底,最终形成沉积物。
通过对沉积物中的有机质进行碳同位素测量,科学家可以了解过去生物活动的情况,从而推断出古代海洋中的生物丰度、生产力以及碳循环的变迁。
这对于研究全球碳循环和气候变化有着重要的意义。
此外,海洋沉积物中的微化石也是研究古气候变迁的重要工具之一。
微化石包括浮游植物、浮游动物以及有孔虫等微小生物的遗体残骸。
这些微化石对环境的变化非常敏感,它们的丰度和分布可以反映出古代海洋中的生态环境。
例如,中新世时期,浮游植物的种类和数量的突然增加,标志着全球进入温暖的间冰期,而冰期时,浮游植物的丰度会显著下降。
通过对微化石的研究,科学家还可以重建古代海洋的食物链结构,推断出海洋生态系统的演变过程。
总之,海洋沉积物与古气候变迁有着密切的关联。
通过对海底沉积物中的氧同位素、碳同位素以及微化石等的分析,科学家们可以还原出过去数百万年来的气候变迁,揭示出地球上的环境演变过程。
海洋沉积物记录气候演化事实分析

海洋沉积物记录气候演化事实分析地球上的海洋沉积物是追溯气候演化的重要指标之一。
海洋沉积物中蕴含着大量的气候记录信息,可以帮助科学家们了解过去地球的气候变化,推测未来的气候趋势。
通过分析海洋沉积物的组成、化学元素含量、微生物化石等指标,可以获得关于过去气候的宝贵信息。
首先,海洋沉积物中的碳同位素可以为我们提供有关全球碳循环的重要线索。
碳同位素的比例可以揭示过去地球的大气中二氧化碳含量的变化。
通过分析不同时期的碳同位素比值,科学家们可以更好地了解气候的变化和大气中的二氧化碳浓度。
例如,碳同位素比值的变化可以揭示出过去冰期和间冰期的周期性变化,从而推断出气候变化的周期性。
其次,海洋沉积物中的微化石可以提供关于过去海洋环境的重要信息。
微化石是指那些非常小的化石,如浮游植物和浮游动物的残骸,它们生活在海洋中并通过沉积到底部形成沉积物。
通过分析不同时期的微化石组合和丰度,科学家们可以推断出过去海洋的温度、盐度以及海洋生态系统的变化。
例如,有些浮游动物的壳体对环境变化非常敏感,其种类和数量的变化可以提供关于过去气候变化的线索。
此外,海洋沉积物中的氧同位素比值可以揭示过去地球的水文循环变化。
氧同位素比值的变化往往与海洋温度和海洋蒸发-降水过程密切相关。
通过分析不同时期的氧同位素比值,科学家们可以推断出过去地球的气候状况,包括冰期和间冰期的变化以及季风气候的形成。
此外,海洋沉积物还可以提供有关过去海平面变化的信息。
例如,在地质历史中,有过多次海平面的上升和下降。
通过分析沉积物中的海洋生物遗骸、沉积特征和化学元素比值,科学家们可以推断出过去海平面的变化以及对应的气候背景。
通过了解过去的海平面变化,可以更好地理解和预测未来海平面上升的可能性。
综上所述,海洋沉积物作为记录气候演化的重要指标,通过分析碳同位素、微化石、氧同位素和海平面的变化,可以为科学家们提供宝贵的气候记录信息。
这些信息不仅可以揭示过去地球的气候演化,还可以用于推测未来的气候变化趋势。
第十章 古海洋学

(三)成年阶段 大洋盆地演化为成年阶段的实例是大西洋。幼年海洋进一 步张开,两侧大陆愈益分离,逐渐形成宏伟的洋中脊山系 和开阔的深海平原,其两侧发育有被动大陆边缘,大洋的 发展进入成年期。今日的大西洋和印度洋已是浩瀚的成年 大洋,然而在当年,它们也经历过自已的胚胎期和幼年期, 均是从无到有、从小到大逐渐发育起来的。 (四)衰退阶段 随着大洋不断扩张,大洋边缘(或大陆边缘)离开中脊的 距离越来越远,岩石圈不断冷却变重并向下沉陷;同时, 由于被动大陆边缘上接受巨厚沉积物,地壳均衡作用就会 使洋缘的岩石圈下沉、潜没于另一侧之下,随即出现了洋 缘的海沟和板块俯冲带,被动大陆边缘于是转化成为岛弧 可活动大陆边缘。当板块的俯冲作用占优势,即洋壳在海 沟的消减量大于中脊处的新生量时,大洋盆地的演化便进 入衰退期,太平洋即为其实例。
古海洋学是一综合性新学科。涉及地质、生物、化学、水
文、气象等多个学科领域。
1968—1983年的DSDP和1985至今的ODP在古海洋研究方面取
得成果包括: 1、中生代至今洋流格局变化过程及其影响; 2、晚白垩纪以来大洋水温的阶状变冷; 3、大洋和地中海盐度的变化; 4、白垩纪末生物灭绝事件的始末; 5、大洋缺氧沉积特征和意义; 6、新生代大洋海面的变化; 7、海水溶解作用与古CCD线的升降; 8、沉积碳酸盐和大洋生产力变化; 9、综合若干地质事物勾划出新生代古海洋的演化历史。
二、威尔逊旋回 威尔逊(1966,1973)提出的大洋盆地演化 分为六个阶段,从早到晚依次为:胚胎阶 段、幼年阶段、成年阶段、衰退阶段、终 了阶段和遗痕阶段,并对各阶段的主要运 动、特征形态、典型火成岩、典型沉积和 变质作用作了表述: 威尔逊旋回的前三个阶段表征了大洋盆地 的形成和张开,后三个阶段则标示了大洋 盆地的收缩和关闭。
同位素海洋学要点归纳

1、用于研究近岸水 体的水平混合与底
层水体的垂直混 合;2、用于估算水 体的年龄(或停留
时间)
210Pb / 226Ra 不平 衡用于示踪水体颗
粒动力性
用于研究水体的混 合涡动扩散
钍系:232Th ⎯α⎯→ 228Ra ⎯β⎯→ 228Ac ⎯β⎯→ 228Th ⎯α⎯→ 224Ra ⎯α⎯→ 220Rn ⎯α⎯→ 216Po ⎯α⎯→ 212Pb
全球范围内钚主要来源于大气核试验。海洋钚的主要源项是大气层核试验释放并进入平流层的放射性尘埃,之后通过交换进入对流层并通过干湿沉 降到海洋。太平洋钚的第二大源项是美国与 1946~1958 年在比基尼和埃尼威托克环礁进行的大气核试验;大西洋和北冰洋钚的主要源项海包括英国的 Sellafield 和法国的 Cape de la Hague 核工厂排放,以及切尔诺贝利核事故的释放。 2、水平分布: (1)、钚在全球范围内的分布呈纬度变化,北半球中纬度地区沉降的钚最多,南半球中纬度次之,极地和赤道较少。 (2)、太平洋 239+240Pu 浓度从南向北呈增加趋势。高贮量位于西北太平洋中部,低贮量位于东南太平洋。大西洋表层水 239+240Pu 浓度分布不均匀。从北大 西洋北部向南,表层水中的 239+240Pu 浓度逐渐降低。
1、主要以碎屑形式进入海洋; 2、大气尘埃。
1、分别由 234U 和 238U 衰变而来。 1、被颗粒物吸附清除出水体进入沉积相。
1、由 235U 经多寿命子体 231Th 衰
变而来。
1、海底沉积物中钍同位素衰变向上 覆水体扩散;2、河流输入。
—— 1、核素自身的衰变。
分布特征
1、南、北太平洋中部和东赤 道太平洋出现高值;2、东北 太平洋出现低值;3、受蒸发降水平衡的影响;4、在垂直 方向上基本呈均匀分布。 1、随离岸距离增加,浓度逐 渐降低;2、表层水高,深层 水低。
海洋锶物质来源及其同位素组成研究的进展及应用

要获得准确和可信的全球河流锶通量和同位素组成 ,需要在全球更大范围内进行系统的 取样 和分析 。 18 ,Ple 和 E m n_ 前人 工 作 的基 础 上 ,补 充 测定 了世 界 范 围 内其 它 主 99年 a r m d odl 在
要河 流 的锶 含量 和 同位 素组 成数 据 ;同时 ,对 没有 进行 采样 的一些重 要河 流 ,则根 据其
综
述
海洋锶物质来源及其 同位 素 组 成 研 究 的进 展及 应 用
蔡 观 强
( 州海 洋地 质调 查局 ,广 州 50 6 ) 广 17 0
摘要 自 14 年瑞典地质学家 Wi ma 98 c n提出锶同位素地层学开 始 ,海洋碳酸 盐岩 的锶 同位 k 素在探索地质历史过程 中的古海平面 、古气候 变化 和全球性构 造运动方 面 ,具有 非常重 要 的应用价值。本文简述 了目前海洋锶 同位 素 的应 用 , 回顾 了海洋 锶物质来 源及 其 同位 素 并 组成的研究历史 ,综述 了近十年来的研究进展 。 自上世纪 7 0年代 以来 ,海洋锶物 质来源研 究 一直是海洋地质学研究的热点之一 。早期 以陆源锶研究 为主 ,获得 了大 陆众多 主要河 流
锶 同位 素组成 的平 均数 据 。 w棚 e 和 V ir u (95 础 e e等 18 )分 析 了加拿 大境 内 3 主 干 河 流 的锶 同位 素组 成 , z 9条
这些 河 流流域 面积 占加 拿大 国土 面 积 的 4 % ,总年 径流 量 约 为 33 ×1 Ly。加 拿 大 8 .1 0 / r
了重要 的进 展 。
2 海 洋锶 同位 素 的应 用
锶在海水 中存 留时间长达百万年以上 ,而海水的混合时间仅为 1 千年左右 ,因此 ,
新生代古海洋Nd同位素演化及其古环境意义

新生代古海洋Nd同位素演化及其古环境意义
凌洪飞;蒋少涌;倪培;张志远;周怀阳
【期刊名称】《地质论评》
【年(卷),期】2001(047)003
【摘要】本文对当前在新生代古海洋Nd同位素演化及其古环境意义研究方面的最新成果进行了简明的阐述,说明在巴拿马海峡于5~3Ma关闭前后,太平洋和大西洋洋流的变化与其海水Nd同位素的变化相对应.但同期的印度洋Nd同位素没有明显变化,其原因需要进一步研究.
【总页数】7页(P287-293)
【作者】凌洪飞;蒋少涌;倪培;张志远;周怀阳
【作者单位】南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学系,210093;南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学系,210093;南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学系,210093;南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学系,210093;国家海洋局第二海洋研究所,杭州,310012
【正文语种】中文
【中图分类】P61
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第 3期
海
洋
学
报
Hale Waihona Puke V o1 4。N O .3 .3 M a 12 y 2O
21 0 2年 5月
ACTA OCEANOLOGI CA N I SI CA
海 洋 铪 同位 素 演 化 及 其 对 大 陆物 源 与 洋 流 变 化 的 启 示
胡 镕 凌 洪 飞 , , 陈天 宇
1 引 言
铪 ( ) 于 高场强 元 素 , 晶体 化 学 行 为上 非 Hf属 在 常类 似 于 锆 ( r , Z ) Hf有 6 个 天 然 的 同 位 素 :
¨ Hf¨ Hf" Hf" Hf¨ Hf Hf , , , , 。 , 。 。镥 ( u 是 稀 L ) 土 元 素 ( E , 。 u和" L R E) 有" L u两 个 同 位 素 。其
(.南 京 大 学 内 生 金 属 矿 床 成 矿 机 制研 究 国 家 重 点 实 验 室 , 苏 南 京 2 0 9 ) 1 江 1 0 3
摘 要 :尽 管海 洋铪 ( ) Hf 同位 素早在 2 0世 纪 8 O年代 就 有 报道 , 直 到 最 近 几年 随 着 分析 测 试 技 术 但
与 S Nd同位 素体 系相 类 似 , uHf m— L — 同位 素体 系最 初也 是被 作 为岩 石地 球化 学 的示踪 体 系来 研究
壳幔 演化 ] 。在地 幔部 分熔 融 形 成 的硅 酸 盐 岩 浆
中 , ( ) Hf 别 相 对 于 钐 ( i) L 钕 Nd 和 分 S 和 u发 生 富 n 集, 因此 硅 酸 盐 岩 浆 的 C S ( m)c Nd 和 c L ) c ( ) ( u / ( ) Hf 比值 一般 低 于地 幔 源 区 , 地 幔 部 分 熔融 残 余 而 固体 物 质 中这 两 个 比值 则 升 高 。放 射 成 因 Nd和
度 Hf 比较 困难 , 海水 Hf 故 同位素 的组 成最 初 主 要
基金 项 目 : 国 大 洋矿 产 资源 研 究 开发 协会 “ 一 五 ” 目( 中 十 项 DY一1- 122) 1 50 — 。
作 者 简 介 : 镕 ( 98 )女 , 苏 省 宜 兴 市 人 , 士研 究 生 , 胡 18 一 , 江 硕 研究 方 向 为 同 位 素 地 球 化 学 。E malh rn 0 1 @ g i cr — i u o g 6 8 mal o : . n
1 1 ± 0 0 0 l . 08× 1 一¨ a [ 。 0 -l
海 洋 Hf同 位 素 研 究 始 于 2 O世 纪 8 O年 代 ,
Wht 等 首次 报 道 了海 洋 铁 锰 结 核 ( 洋 自生 沉 i e 海 积 的铁 锰 氧 化 物 ) Hf同位 素 组 成 。水 成 铁 锰 结 的 核 / 壳是从 海 水 中直 接沉 淀 的硬质 壳状 物质 , 在 结 它 生 长过 程 中 会 吸 附 海 水 中 的 微 量 元 素 , 且 Nd 并 , P , 等 元 素 和 同位 素 在 铁 锰 结 壳 中 的扩 散 速 率 b Hf 很 低 ] 即铁 锰 结 壳 每 一 层 形 成 以后 , 中 的 这 , 其 些 元素 和 同位 素就 保 持 不 变 , 而 记 录 了结 壳形 成 从 过 程 中周 围海 水 的同位 素组 成演 化 。由于测 量低 浓
的发展 , 它作 为示 踪 陆源风 化 输入和 洋 流循 环 改 变 的新指 标 才 越 来越 受到 关 注 。综 述 了全 球 大 洋 Hf同位 素现 代 分布 以及 新 生代 演 化特 点 , 中最 重 要 的现 象 是 Nd Hf同位 素 投 影 图上 海 水 与岩 其 — 石具有 不 一致 的趋 势 线 。在这 些观 测 资料 的基 础上 着重 讨论 了 围绕 海洋 Hf同位 素 物源 争议 的一 系列 问题 , 阐述 了海 洋 热 液 系统 、 陆差 异 风 化 、 岛 陆 架 沉 积 物 溶 解 等 对 海 洋 Hf的贡 献 以及 大 洋 HfNd存 留时 间不 一致 等对 海洋 Hf同位 素 的 影 响 等 。弄 清 Hf的 海洋 地 球 化 学行 为 , 深 入 认 , 对
Hf 位 素 组 成 一 般 用 £a £ 来 表 示 , = 同 和 n值 £a = =
[ ( 。 ) c ¨ Nd C H Nd ] ( )HR 1 × c ¨ Nd / ( ) ( 。 ) C “ Nd cu 一 )
收 稿 日期 : 0 卜0 — 0 修 订 日期 : 0 卜1 — 2 2 1 51 ; 2 1 lO 。
1 0 ; f c¨ H ) ( fc" H )c" HfcU 一 000e 一[(。 fc” H ) ( f] ( )HR H
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分别 为球 粒 陨石均 匀库 的 Nd和 H 同位素组成 , f 其现 代值分别 为 0 5268 ]0 2279 ] . 1 3[ ,. 8 6l 。因此地 幔和地 6 _ 7
识 海洋 Hf 循环 以及 古海 洋 演化具 有 着重 要 的意 义 。 的
关键 词 : 同位 素 ; 同位 素 ; 锰结 壳 ; 陆风 化 ; 铪 钕 铁 大 洋流 循环
中图 分 类 号 : 7 6 4 P 3 . 4 文 献标 志 码 : A 文 章 编 号 : 2 3 4 9 ( 0 2 0 — 0 1 1 0 5 - 1 3 2 1 ) 30 6 — 1
壳 岩石 的 Nd和 Hf 同位素组成之 间呈 线性正相关 , 被 称 为 “ 球 线 ”( t rs i r y £f 13 ̄d4 地 “e et a ar ” H 一 . 5N - r rl a
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