第六章 古海洋生产力PPT课件

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某些古生代黑色页 岩中，有机质含量 Corg与Mo/Al之间存 在正相关关系。
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➢Sr/Ca比值
近年来的研究表明，在现代上升流区域，微晶碳酸盐中 Sr/Ca比值的增加与颗石藻的钙化和生长速度保持良好 的相关关系。微晶碳酸盐Sr/Ca比值能够体现海洋生产 力的变化。
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第三节 古海洋生产力指标
古海洋生产力的直接测定是不可能的，因此寻求反 映古海洋生产力变化的指标成为目前研究的一项重 要内容。
生物沉积物 营养元素 微量元素 同位素 古生物指标
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生物沉积物
指源于海洋生物生产的沉积物，主要包括有机碳、生物 碳酸盐和生物硅等，其埋藏速率在很大程度上受到古海 洋生产力的控制。在条件许可的情况下，还可以建立生 物沉积物埋藏速率与古海洋生产力之间的定量/半定量 关系，对古海洋生产力进行定量/半定量的恢复。
沉积深度、底层水性质、有机碳的氧化等都会影响生 物碳酸盐的保存。
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营养元素
在地质时间尺度上，古海洋生产力主要受 到大洋中营养元素可利用程度，特别是大 洋中活性磷含量的控制；因此古海洋的活 性磷埋藏记录，可作为古海洋生产力的指 标之一。
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John Martin: Give me a tank of iron, I’ll give you an ice age.
在含砂量较低、浊流不明显、陆源有机物含量不高的沉
积物中,可以根据该公式,由地层中的有机碳含量给出近
似定量的古海洋生产力。
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Bralower和Thiestein(1984)估算了全新世的古海洋 初级生产力(primary production)。
fPR——保存因子（通过 沉积物的沉积特征和地球
化学指数对沉积环境加以
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二、古海洋生产力
古海洋生产力又称为生物古海洋学。
古海洋中的生物演化和生产力的变化，对海洋的 物理、化学条件产生影响，同时对洋底沉积作用 和沉积矿产形成有重要意义。所以理论和实际意 义都很重要。
目前对海洋古生产力的研究主要集中在初级生产 上。研究水平尚不高。
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主要用一些替代性指标来研究古海洋生产力。 如生物蛋白石、生物钡、镉含量等。还可以用 稳定碳同位素。新近研究深海底栖有孔虫用做 古生产力的替代性指标。
应用的制约条件：
•如何确定陆源钡的影响，特别当陆源碎屑Ba含量较高 时，就必须对陆源碎屑的Ba含量进行准确的估计。
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➢Mo
在极度还原的硫化环境下，Mo等变价离子容易与硫离 子结合而进入沉积物，其通量与有机碳的堆积速度近 似成正比，因此Mo可以作为还原条件下的生产力指标。
如：在现代的缺氧盆地——委内瑞拉的Cariaco盆 地中，由于底层水硫化条件的存在，Mo和有机碳的 沉积通量维持正相关关系。
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➢有机碳
在近岸、上升流等高生产力地区，沉积物中的总有机 碳(TOC)浓度能够比较灵敏地反映海洋有机碳生产的 变化。有机碳的氧气曝露时间、粘土矿物表面积和全 岩沉积速率等都可能影响到有机质的保存。
有机碳含量与海洋生产力、沉积速率、沉积物的空 隙率和密度相关，有如下经验公式。
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P——海洋生产力(g/( m2·ka)) w(Corg)——有机碳质量占沉积物干质量的分数 S——沉积速率(cm/ka) ρs——干沉积物的密度(g/cm3) φ——孔隙度(用百分比表示)
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生
物
CaCO3
泵
+
Corg
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碳循环的起点：光合作用
光能转化为 化学能
CO2和H2O 转化为 CH2O
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5
海洋生产力：从光合到呼吸作用
光合作用：
碳的还原，无机碳 → 有机碳
6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
呼吸作用： 碳的氧化，有机碳 → 无机碳
C6H12O6 + 6 O2
0 .2
40
0 .1
0 .0 0 .0 0 0 .0 2 0 .0 4 0 .0 6
频 率 (c y c le s/k y r)
➢生物碳酸盐、生物硅
在面积广大的开阔大洋等低生产力-贫营养环境中，有 机碳指标将难以适用。其原因在于在大部分开阔大洋 中，有机碳的氧化非常彻底，沉积物中有机物含量极 低，难以反映古海洋生产力的变化。远洋碳酸钙、生 物硅的产率与有机碳的生产力成正比，两者的通量之 间存在良好的正相关关系。
判别,确定有机质保存因
子）
r(Corg)——有机碳的堆积 速
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PP——初级生产力 18
温跃层深度 振幅
U. peregrina 振幅
有机碳通量 （BF-Flux）
振幅
17954柱 状 样
0 .1 5
35
0 .1 0
22
0 .0 5
0 .0 0
0 .2
67 22
0 .1
32
0 0 .1 5
22
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6 CO2 + 6 H2O
6
有机碳泵
合成有机质
碳酸盐泵
形成碳酸钙
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现代海洋主要的浮游生物
浮游植物 -- 硅藻 -- 颗石藻 -- 沟鞭藻
浮游动物 -- 有孔虫 -- 放射虫 -- 翼足类 -- 桡足类
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颗石藻的勃发
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9
颗石藻的勃发
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藻席
Rhizosolenia
Yoder et al., 1994
0 .1 0
24
0 .0 5
0 .0 0 0 .0 0 0 .0 2 0 .0 4 0 .0 6
频 率 (c y c le s/k y r)
17928柱 状 样
0 .2
91 41
0 .1
0 .0
0 .4 1 2 6
0 .3
0 .2
42 34
0 .1
0 .0
0 .5 1 2 6
0 .4
0 .3 7 1
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微量元素
海洋中某些微量元素的地球化学行为或与有 机质的改造有关（Ca），或受到氧化还原条 件变化的控制（Mo），或受到某种生物生长 的影响（Sr），从而能够直接或者间接地作 为古海洋生产力的指标。
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➢Ba
Ba是应用最早，也是目前运用最为广泛的微量元素古海 洋生产力指标。Goldburg和Arrhenius（1958）首先在赤 道太平洋的上升流地区发现了高含量的BaSO4重晶石，并 将其与海洋生产力联系起来。
第六章 古海洋生产力
Paleoproductivity
古海洋中生物生产力的演变历史，不仅对于海洋 的物理、化学条件产生影响，而且也是理解洋底 沉积机理和沉积矿产分布规律的重要因素。古海 洋学的生物方面比物理、化学方面更加复杂。
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海水对大气CO2的调节：
浅海——生产力 深海——碳酸盐沉积 (CCD：碳酸盐补偿深度)