最新的示踪指标

古海洋学 12.740 2004年春季讲义16
最新的示踪指标
I。

古海水生产力及相关问题
A。

有机碳埋藏量：
埋藏的有机碳只是新生产有机碳总量的1~2%。

如果已埋藏的部分有机碳总量恒定，则有机碳堆积速率是对生产量的一个度量。

但是．．．
B。

钡：
有机沉积物一般富集Ba，且Ba/C-org比例基本恒定（C-org表示有机碳）。

BaSO4比有机碳的在沉积物中的保存范围更广（大约多40%）。

因此Ba是一个保存更佳的古生产力指标。

重晶石，是Ba的主要携带矿物，常用来提取和计算Ba含量。

C。

氮同位素和“营养利用率”：
浮游植物优先吸收14NO3¯（约以5‰比率）。

根据瑞利分馏模型，封闭体系中的吸收使得光合作用产物中的15N不断富集。

因此在一个光合效率高、氮消耗率低的环境中，光合产物的δ15N相对海水则会亏损约5‰；在贫营养环境中“物质上下翻腾”，因此综合光合产物的同位素组成与上升流中NO3¯的组成相同。

尽管在颗粒沉降过程，以及与海水的物质交换过程中仍会有部分的同位素漂移，但是有机碳量的主体已经可以反映为表层海水的氮消耗量。

图注：[：残余海水的同位素比例；：堆积有机碳的同位素比例；：即时记录的生物物质同位素比例]
D。

Pa/Th：
生物初级生产物中的原子比例约等于24.5（活动性比为0.093）。

由于钍在沉降过程中更容易被海水再萃取，镤则趋于向高生产率的位置迁移，从而造成生产率较高区域的沉积物中Pa/Th比例较高。

复杂化因子：深部水流也可以诱发相似效应；同一盆地中不同的高生产率局域也会发生竞争。

II。

硼同位素和古pH值：
由于B(OH)3和B(OH)4¯的分馏作用产生δ11B差异。

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III。

有机碳的δ13C：代表古大气CO2分压吗？
酶促反应（具体是指rubisco enzymatic pathway）受控于可利用的自由CO2。

有机碳与海水CO2的同位素组成存在偏差，主要原因有二：其一就是溶解态CO2的限制，其二要考虑CO2向细胞内的转移过程。

因此要直接运用沉积物中的同位素组成，必须考虑“不同混合物同位素组成必然有δ13C 差异”这一复杂化因子，但该效应可以通过单一化合物δ13C的方法最小化。

另外，生物细胞的大小和生长速率不同，也会对胞外溶解态CO2产生影响。

IV。

硅指标
δ18O，δ13C，δ15N，Ge/Si，δSi
V。

同位素动物群的古盐度
VI。

腰鞭毛虫的生物示踪意义
参考文献：
Altabet M. A., Deuser W. G., Honjo S., and Stienen C. (1991) Seasonal and depth-related changes in the source of sinking particles in the North
Atlantic. Nature 354, 136-138.
Altabet M. A. and Francois R. (1994) Sedimentary nitrogen isotopic ratio as a recorder for surface ocean nitrate utilization. Glob. Biogeochem. Cycles 8, 103-116.
Bidigare R. R., Fluegge A., Freeman K. H., Hanson K. L., Hayes J. M., Hollander D., Jasper J. P.,
King L. L., Laws E. A., Milder J., Millero F. J., Pancost R., Popp B. N., Steinberg P. A., and
Wakeham S. G. (1997) Consistent fractionation of 13C in nature and in the laboratory: Growthrate effects in some haptophyte algae. Glob.
Biogeochem. Cycles 11, 279.
Dymond J., Suess E., and Lyle M. (1992) Barium in Deep-Sea Sediment: A
Geochemical Proxy for Paleoproductivity. Paleoceanogr. 7, 163-182. Francois R., Altabet M. A., Yu E.-F., Sigman D. M., Bacon M. P., Frank M., Bohrmann G., Bareille
G., and Labeyrie L. D. (1997) Contribution of Southern Ocean surface-water
stratification to low atmospheric CO2 concentrations during the last glacial period. Nature 389, 929.
Ganeshram R. S., Pedersen T. F., Calvert S. E., and Murray J. W. (1995) Large changes in oceanic nutrient inventories from glacial to interglacial periods. Nature 376, 755-758
Martin E. E., MacDougall J. D., Herbert T. D., Paytan A., and Kastner M. (1995) Strontium and neodymium istopic analyses of marine barite precipitates.
Geochim. Cosmochim. Acta 59, 1353-1361
Paytan A., Kastner M., Martin E. E., Macdougall J. D., and Herbert T. (1993) Marine barite as a monitor of seawater stronium isotope composition.
Nature 366, 445
Sanyal A., Hemming N. G., Hanson G. N., and Broecker W. S. (1995) Evidence for a higher pH in the glacial ocean from boron isotopes in
foraminifera. Nature 373, 234-236.
Shemesh A., Charles C. D., and Fairbanks R. G. (1992) Oxygen isotopes in biogenic silica: global changes in ocean temperature and isotopic
composition. Science 256, 1434-1436.
Sigman D. M., Altabet M. A., McCorkie D. C., Francois R., and Fischer G.
(1999) The ™15N of nitrate in the Southern Ocean: consumption of nitrate in surface waters. Glob. Biogeochem. Cycles 13, 1149.
Sigman D. M., Altabet M. A., McCorkle D. C., and Gaillard J.-F. (1999) The isotopic composition of diatom-bound nitrogen in Southern Ocean
sediments. Paleoceanogr. 14, 118.
Spivack A. J., You C.-F., and Smith H. J. (1993) Foraminiferal boron isotope ratios as a proxy for surface ocean pH over the past 21 Myr. Nature 363, 149-151.。