洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展——兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:（1）洞穴上覆土壤 和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;（2）Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。（3）洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素（包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等）影响,其古气候环境指示意义具有多解性;（4）矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。      

南海北部珊瑚Sr/Ca和Mg/Ca温度计及高分辨率SST记录重建尝试

利用全谱直读等离子体光谱(ICPAES)的分析方法精确分析了南海珊瑚的SrCa和MgCa比值,结合实测表层海水温度(SST),标定了海南岛南部三亚海域和西沙海域两个滨珊瑚的SrCa和MgCa温度计。在此基础上,尝试对两个南海北部全新世时期的珊瑚进行SST记录重建。结果显示约540aB.P.(小冰期)西沙海域夏季月均SST较现代低约1℃,而约6500aB.P.(大暖期)海南岛三亚海域夏季月均SST则高出现代1.0～1.5℃。     

Response of the coccolithophores Emiliania huxleyi and Coccolithus braarudii to changing seawater Mg and Ca concentrations: Mg/Ca, Sr/Ca ratios and δCa, δMg of coccolith calcite

Calcium and magnesium concentrations in seawater have varied over geological time scales. On short time scales, variations in the major ion composition of seawater influences coccolithophorid physiology and the chemistry of biogenically produced coccoliths. Validation of those changes via controlled laboratory experiments is a crucial step in applying coccolithophorid based paleoproxies for the reconstruction of past environmental conditions. Therefore, we examined the response of two species of coccolithophores, Emiliania huxleyi and Coccolithus braarudii, to changes in the seawater Mg/Ca ratio (≈0.5 to 10 mol/mol) by either manipulating the magnesium or calcium concentration under controlled laboratory conditions. Concurrently, seawater Sr/Ca ratios were also modified (≈2 to 40 mmol/mol), while keeping salinity constant at 35. The physiological response was monitored by measurements of the cell growth rate as well as the production rates of particulate inorganic and organic carbon, and chlorophyll a. Additionally, coccolithophorid calcite was analyzed for its elemental composition (Sr/Ca and Mg/Ca) as well as isotope fractionation of calcium and magnesium (Δ^44/40Ca and Δ^26/24Mg). Our results reveal that physiological rates were substantially influenced by changes in seawater calcium rather than magnesium concentration within the range estimated to have occurred over the past 250 million years when coccolithophores appear in the fossil record. All physiological rates of E. huxleyi decreased at a calcium concentration above 25 mmol L⁻¹, whereas C. braarudii displayed a higher tolerance to increased seawater calcium concentrations. Partition coefficient of Sr was calculated as 0.36 ± 0.04 (±2σ) independent of species. Partition coefficient of Mg²⁺ increased with increasing seawater Ca²⁺ concentrations in both coccolithophore species. Calcium isotope fractionation was constant at 1.1 ± 0.1‰ (±2σ) and not altered by changes in seawater Mg/Ca ratio. There is a well-defined inverse linear relationship between calcium isotope fractionation and partition coefficient of Sr²⁺ in all experiments, suggesting similar controls on both proxies in the investigated species. Magnesium isotope ratios were relatively stable for seawater Mg/Ca ratios ranging from 1 to 5, with a higher degree of fractionation in Emiliania huxleyi (by ≈0.2‰ in Δ^26/24Mg). Although Mg/Ca ratios in the calcite of coccolithophores and foraminifera are similar, the former have considerably higher Δ^26/24Mg (by >+3‰), presumably due to differences in calcification mechanisms between the two taxa. These observations suggest, a physiological control over magnesium elemental and isotopic fractionation during the process of calcification in coccolithophores.     

Sr/Ca,Mg/Ca:珊瑚岛鸟粪沉积的物源指示计*

文章尝试用Sr/Ca,Mg/Ca比值作物源指示计,区分了珊瑚岛屿受到海鸟粪影响的湖泊沉积物中鸟粪、珊瑚砂、植物这几种主要的环境介质对沉积物的相对贡献,据此恢复1800年来西沙群岛东岛海鸟数量变化和植被演化的历史。结果表明,东岛海鸟数量的变化历史可划分为潜伏期、增长期、稳定期和衰退期4个阶段,历史时期东岛海鸟生态系统的建立和发展与岛屿植被的演变有着密切的联系。研究获得的方法和初步结论为进一步开展西沙岛屿海鸟数量变化、植被演化的广泛对比并探讨与气候变化、人类活动的相互联系提供了基础。     

南海北部甲烷渗漏的沉积地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)识别

自生碳酸盐矿物是揭示甲烷渗漏过程及其周期性变化的重要指标。为了方便、快速地识别出自生碳酸盐矿物,在探讨了前人建立的端元组分模型(文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑)在我国南海北部适用性的基础上,利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值计算了南海北部神狐海域两支沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的质量分数,计算结果表明,在不同沉积深度均有含量不等的自生碳酸盐矿物。这一结果被X射线衍射结果和沉积物中存在晶形完好的自生高镁方解石和文石矿物所验证,表明利用前人建立的端元组分模型计算的结果具有可靠性。自生碳酸盐矿物的出现显示该海域深受甲烷渗漏作用影响。利用地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)获得的自生碳酸盐矿物含量垂向变化显示该区域甲烷渗漏具有强弱交替的周期变化。运用端元组分模型来获取沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的高分辨率剖面,从而识别甲烷渗漏信息非常方便,在大范围寻找甲烷渗漏和天然气水合物方面具有较大潜力。     

重庆地区石笋记录中Mg /Ca比值及古气候意义

在重庆梁天湾洞石笋LT14 31. 9～ 15. 02ka. B. P.古气候重建成果已发表的此基础上,本文选取Mg / Ca比值这一新的替代指标,探讨其在重庆地区独特的水热组合模式下的古气候指示意义,从而进一步探讨了该时段的气候变化。研究结果发现,重庆地区Mg /Ca 比值与碳同位素的正相关关系较好( R2= 0. 60) ,可能与碳酸钙溶液在到达洞顶之前提前沉淀或滴率减小机制有关,它间接响应了降水的变化。运用Mg / Ca 值变化对古气候的重建结果与以前的研究基本相符,说明Mg /Ca 比值可以作为古降水的指标,但需同碳氧稳定同位素结合起来讨论,以便相互验证,提高古环境解译的准确性。      

有孔虫Mg/Ca温度计研究进展——盐度影响及校正

有孔虫壳体Mg/Ca温度计是近10年来发展最快、应用最广的恢复古海水温度的方法之一。随着研究的深入,这一方法面临的问题也越来越突出。其中,海水盐度影响壳体对Mg元素的吸收,是对Mg/Ca温度计＂忠诚度＂最具威胁性、也是近来最受人们关注的因素之一。查阅了最近2年有关Mg/Ca温度计中盐度效应的最新研究成果,整理出对盐度因...     

浮游有孔虫壳体Mg/Ca值--SST的替代性指标

通过对东北印度洋区MD77181和MD81349两支岩心中Globigerinoides sacculifer壳体极为精细的清洗和溶样后,由ICP—MS测试获得了近260ka以来Mg／Ca值．结果表明Mg／Ca值与δ^18O值变化趋势较为吻合,随温度的增加而升高,浮游有孔虫G．sacculifer壳体Mg／Ca值是海洋表层水温(SST)良好的替代性指标．运用函数式Mg／Ca=0．4717exp(0．0825*SST)计算表明,包括印度洋在内的中、低纬地区,LGM时期的SST与全新世的温差大于最初CLIMAP推测的2℃,很可能达到4℃．     

延河泉岩溶水系统Sr/Mg、Sr/Ca分布特征及其应用

山西省延河泉岩溶水系统是我国北方岩溶大泉之一。依据碱土金属比值Sr Mg、Sr Ca与矿化度关系,分析了延河泉岩溶水系统Sr Mg、Sr Ca分布规律及形成条件。从补给区到径流区、排泄区,Sr Mg、Sr Ca值逐渐增高;径流条件好,Sr Mg、Sr Ca值低;径流条件差,其值高;径流滞缓区最高。并且Sr Mg、Sr Ca值主要受径流条件控制,不受人为作用的影响。因此,Sr Mg、Sr Ca是比较理想的天然示踪剂。根据Sr Mg、Sr Ca值将延河泉岩溶水系统划分为三个子系统,即下河泉子系统(泉1、2、3、5),延河泉子系统(泉4、6),南部散泉子系统(泉7、8、9)。     

南海北部珊瑚Ba/Ca比值的季节变化及其环境意义

利用等离子体普技术分析了取自海南岛南部沿岸的现代演珊瑚高分辨率的Ｂａ／Ｃａ。结果表明,该珊瑚的Ｂａ／Ｃａ比值具有明显的双峰态的季节变化,其中春季和秋季Ｂａ／Ｃａ比值较镐,而冬、夏两季则较低。海南岛南部及邻近地区季节降雨的变化所控制的原Ｂａ输入是这些珊瑚Ｂａ／Ｃａ比值变化的重要控制因素,而该区夏季相对较镐的表层海水生产力可能也对其有重要影响。     

有孔虫壳体的Mg/Ca比值在古环境研究中的应用

有孔虫壳体的Mg/Ca比值测定是目前估算海水古温度最受重视的方法,适用于低纬和高纬、表层和深层海水古温度的测定。该方法理论误差仅为±1.1℃,考虑到盐度以及海水pH值的影响,其误差为±1.3℃。运用此法推算出的热带海区表层海水温度领先于全球冰盖的变化,是热带过程调控冰期旋回最强有力的证据之一;与氧同位素相结合,还成功地运用于全球冰量的估算,是目前古环境研究中较常用的古温度测试手段。     

苏北丰沛铜地区氟病与饮水中F/Ca比关系

我国供水标准规定饮用水中氟含量在1mg/l以下。然而,国内一些从事氟病研究的单位发现在某些地方饮用水中氟含量低于1mg/l,但氟斑牙发病率很高。从江苏省北部丰、沛、铜地区居民饮用水中氟含     

川东北石笋SI3的U/Ca值变化及其古气候意义

为探讨洞穴次生碳酸盐沉积U元素含量变化的气候环境意义,以川东北狮子洞石笋SI3为研究对象,通过对SI3的U/Ca值进行分析,发现在53.2~45.8ka之间SI3的U/Ca值变化与该石笋和格陵兰冰心NGRIP的δ~(18)O记录具有良好的对应关系。U/Ca值在东亚夏季风减弱时期偏大,在夏季风增强时期偏小。此外U/Ca值很好地记录了H5冷事件和GIS12、GIS13及GIS14暖事件。     

Mg/Ca比对微生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响

研究Mg/Ca比对生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响是研究各种含镁方解石形成机理的关键。本文在Mg/Ca摩尔比分别为1、2、4、6和8的条件下进行了为期55d的硫酸盐还原细菌诱导碳酸盐矿物形成的实验,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了Mg/Ca比对碳酸盐矿物种类和形态的影响。实验结果表明:①Mg/Ca比与矿物的种类之间存在密切的关系。在Mg/Ca摩尔比较低(1和2)时仅形成高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为4时,形成的矿物组合为含镁方解石+高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为6和8时,矿物组合为高镁方解石+单水碳钙石+钙白云石;②Mg/Ca比影响矿物的生长速率。Mg/Ca比越高,晶体生长速率越快;③Mg/Ca比明显影响矿物的形态。随着Mg/Ca比的增大,矿物的形态有如下发展规律:哑铃形→花菜状→光球状→刺球状。这些研究结果将有助于探讨制约含镁碳酸盐矿物种类和形态的机制。     

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示,煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低,且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强（SO₄2?含量增加或pH减小）而减小的规律。针对这一问题,结合研究区的地球化学物源条件,通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系,分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明:区内石炭系－二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca2+、Mg2+、SO₄2?的物质来源;在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中（pH为2.0~4.5）,代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石,受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca2+同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响,使Ca2+相对含量减少,由于MgSO₄溶度积大于CaSO₄,故Mg2+含量未受上述约束（或较低）,脱白云岩化反应可因Ca2+含量随石膏沉淀而继续进行,加之区内有菱镁矿的溶解,使得Mg2+相对含量增加,最终出现了镁矿酸性“老窑水” Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标,应用于环境影响评价。      

Si/Ca界面对铅锌矿床定位的控制作用及其找矿意义

最近几年,随着危机矿山深部找矿工作的深入,中国铅锌矿床找矿工作取得了较大进展,这不仅归功于深部钻探工作的开展,也得益于找矿理论的不断深化。总结过去几十年的找矿勘查经验,人们开始意识到地质-地球化学界面对找矿的指导作用。基于此,Si/Ca界面控矿逐渐被人们应用于铅锌找矿工作当中。文章通过对国内外一些代表性矿床的对比分析,认为不同成因的矿床都可具有同一种控矿因素———Si/Ca界面。Si/Ca界面控矿既是不同类型岩石物理性质界面,又具有地球化学意义。文章划分出侵入接触界面、火山沉积接触界面和沉积接触界面3种不同的Si/Ca界面组合方式,并分别举实例说明Si/Ca界面组合对铅锌矿体定位的控制作用;从成矿元素地球化学特性、Si/Ca界面构成异相定位空间和提供地球化学障等角度,分析了Si/Ca界面的控矿机制,界面控矿有望在找矿勘查过程中起到指导作用。     

石笋P/Ca重建宜昌地区9 000年以来的陆地生产力

陆地生产力在全球变化,尤其是全球碳循环研究领域中,具有重要的地位。本文通过分析湖北清江和尚洞HS4石笋中P和Ca的地球化学组成,考察P/Ca对陆地生物生产力的响应。结果发现,最近50年沉积的石笋P/Ca比值与Thornthwaite Memorial生产力模型计算的区域陆地生产力具有显著的相关性,可以作为陆地古生产力的指标。以石笋P/Ca 重建的宜昌地区陆地古生产力在过去9 000年呈现波动变化的特征:8.9～6.5ka BP,陆地生产力较低;6.5～5.0ka BP,陆地生产力显著升高,并在6.4～5.6ka BP期间达到9.0ka来的最高值;5.0～4.0ka BP,处于低生产力期;4.0～1.5ka BP,生产力逐渐回升;1.5ka BP以来,生产力再次处于低值期。陆地生产力的波动明显受到全球和区域气候的制约。      

海南岛东部海域滨珊瑚Sr/Ca比值温度计 及其影响因素初探*

文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的方法测定了1986~1996年海南岛东部海域滨珊瑚的Sr/Ca比值,建立了该海域月分辨率的Sr/Ca海水表面温度计方程:SST(℃)=170-16 (mmol/mol),n = 133,r=0.80,p=0.01, 此与韦刚健等在西沙海域建立的温度计方程:SST(℃)=169-16.7 (mmol/mol)一致,这表明南海中、北部海域也出现有相似的微量元素温度计。此外,文章还分析了在某些年月份SST的实测值和计算值出现的显著差别,探讨了可能造成的海洋气象环境因素。     

Si/Ca复合体系改性分散土的崩解特性及作用机制研究

分散土具有遇水分散流失的特性,在工程实践中常采用石灰、水泥等进行改性,但存在环境污染等问题。选取纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系作为分散土的改性材料,采用针孔试验、泥球试验、分散崩解试验研究改性效果,通过物理化学性质等试验分析作用机制。试验结果表明,单一纳米硅溶胶在25%掺量下可完全消除分散性;单一氯化钙在0.40%掺量下可完全消除分散性;1%纳米硅溶胶与0.05%氯化钙组成的Si/Ca复合体系可完全消除土体分散性,有效减少单独使用两种材料的掺量。纳米硅溶胶改性土的崩解过程与分散土存在差异,其最终崩解时间较短,且崩解速率更稳定;与氯化钙共同作用时,最终崩解时间进一步缩短,崩解速率增大。Si/Ca复合体系改性分散土的作用机制包括降低土体的交换性钠离子百分比和pH、形成水化硅酸钙等。研究表明,由纳米硅溶胶和氯化钙组成Si/Ca复合体系可有效改性分散土。     

印尼海区浮游有孔虫壳体Mg/Ca值的LA-ICP-MS原位微区分析

激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer,LA-ICP-MS)为更详细地探索微量元素在有孔虫方解石壳体中的分布提供了可能,也为有孔虫壳体Mg/Ca值测试提供了一种新的方法。利用LA-ICP-MS技术对擭取自印尼海区的11个钻孔顶部沉积样品中的多枚Globigerinoides ruber壳体进行了共173点位的激光剥蚀Mg/Ca值原位微区和深度分析,发现不同壳体、同一壳体不同房室以及同一房室不同部位之间,从壳壁外部到内部Mg/Ca值的变化是不同的。随后,将利用LA-ICP-MS获得的Mg/Ca值与利用常规测试手段获得的Mg/Ca值进行对比,结果表明利用LA-ICP-MS测试浮游有孔虫壳体Mg/Ca值,不但可以避免常规测试复杂的前处理过程,减少化学药品对实验人员健康的危害,也具有较好的准确度和可靠性。