海洋锶物质来源及其同位素组成研究的进展及应用

Ｐｌｅ和 Ｅｍ ｎ １８ ）获得的全球河流锶 （ ａ ｒ ｄ ｏｄ（９９ ｍ 即陆源锶）同位素组成数据 ，由手其 样品覆盖范围广 、代表性较好 ，因此 ，该数据得到了广泛的认可 ，并一直延用至今 。然 而，近年来关 于海洋锶同位素的研究 ，发现海洋锶储库是动态平衡的 ， 这对于重新认识
识海洋锶的物质来源 ，探讨海洋锶同位素变化的原 因和响应 ，才能准确把握海水锶同位 素 随时 间变化 的规 律 ，在应 用 中获得 更为 合理 的认 识 。近年 来 ，在大 洋钻 探计 划 和深海 钻探计 划 的推进 下 ，海 洋锶 物质来 源研 究及 应 用 引起 了海洋科 学 家 的高度关 注 ，并 取得
境内河流的盯 ｒ ｓ 平均值为 ０７ １，与亚马逊河、密西西 比河 的平均舯 ｒ６ｒ ｓ靳 ｒ ／ ．１１ Ｓ ｓ 比值非常 ／Ｓ 相近 ，据此认为 ０７ １ 近似于全球河流的平均盯 ｒ ｓ 比值。然而 ，许多学者对这一数 ．１１ ｓ嘶 ｒ ／ 据提出了质疑 ：一 、尽管加拿大河流与太平洋 、大西洋和北冰洋三大洋相连，但其总径
和盯 ｒ ｓ 比百度文库 ，然后根据全球河流总径流量，再估算全球总河流的年平均锶含量 、平 ｓ嘶 ｒ ／ 均盯 ｒ ｓ 比值和总的锶通量 ，即陆源锶的同位素组成。 ｓ ｒ ／ 早 在上 世纪 ７ Ｏ年代 ，已有学 者 开始 探 讨 陆 源锶 的 同位 素组 成 及 其控 制 因 素 。大 陆
河 流锶 同位 素组 成 与流域 岩石 的性 质 和风化 强度 有密 切 的关 系 ：流经古 老大 陆地 壳 （ 主
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 ，
［ 作者简介 】 蔡观强 （９ １ ） 男 ，博士 ，工程师 ，现主要从事海洋地质与地球化学研究 工作 ． １８ 一 ，
Ｅ—ｍａｌ ａｇ ａ ｑ ａ ｇ ｓ ． ｏｎ ｉ￣ｅ ｉｕ ｎ ｉｎ ＠ ｉ ｃ ｉ ｅ ｒ
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
一
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任一时代全球范围内海水锶的同位素组成是均一的，不受纬度和水深的影响［。在化学 １ Ｊ
和生 物过 程 中 ，锶 同位 素 不会 发 生 分 馏 ，海 洋 自生矿 物 保 留 了海水 锶 同位 素 的组 成 特 征 。通过 海洋 生物 和化 学沉积 物 （ 如碳 酸盐 岩 ）的锶 同位 素体 系研究 ，并 对 照历史 时期
研究 。
３ 海 洋锶 物 质 来源
海 洋锶 储库 的物质 来 源包 括 ：陆 源 锶 、幔 源 锶 和 碳 酸盐 岩 成 因锶 …］ 。碳 酸 盐 岩 成
２ —
因锶是指海底碳酸盐溶解作用和成岩作用 向海水提供的锶 ，是海洋锶的来源之一；但是 其与海水 的盯 ｓ 比值极为相近 ，对海水锶 同位素组成变化的影 响相对较弱 ，有关碳 ｓ ｒ
的锶同位素组成数据 ，并估算了全球河流锶通量和组成特 征。９ ０年代 以后 ，在大洋 钻探计
划 和深海钻探计 划的带动下 ，幔源锶研究得到 了很 大 的发展 ，集 中探 讨 了洋 中脊高温 热液
与洋壳 玄武 岩的作用机制和向海洋输入的锶通量 ，初 步认为 海水与洋 壳玄武 岩主要发 生 同
位素交换 ，同位 素交换率 随深 度而降低 ，但 玄武岩 锶含量 基本不 变。与此 同时 ，洋 中脊侧 翼和与弧相关环境洋壳 的低 温热液系统锶同位素组成的研究也取得 了一定 的成果 。
进行地层时代确定的重要参考标准，可以进行未知年代海相地层 的定年和全球对比，以 及 划分海 相 与非海 相地 层 ，极大 的推 动 了地 层 学 的发 展 。另外 ，这 些海 相地 层 的锶 同位 素 可 以与其 它古气 候指 标 （ 如冰 芯氧 同位 素纪 录 ）进 行 对 比 ，具 有 ２×１ Ｍａ和 ｌ ０ ０ Ｍａ左右 的米 兰柯维 奇旋 回特 征 ，是 冰 期一 问冰期 旋 回气候 变化 的 良好 指 示器 ｌ ］ ８ ，为古 气候重建提供重要 的信息。 ． ２３确 定物质 来 源和青 藏 高原 的隆升 史 ． 海水 锶 同位素 组成 的变 化是大 陆 岩 石 经过 化 学风 化 作用 释放 出来 的 高盯 ｒ ｒ比值 ｓ／ 嘶ｓ 锶与洋中脊热液活动从洋壳带人的低卵 ｓ 比值锶混合作用 的结果 ，反映了重要的物 ｓ ｒ 质来源信息。海水 ｒ ｓ 比值 的下降 ，指示幔源锶来源的增加 ，可能是由洋 中脊扩张 ｓ／ ｒ 晰 速 率 的增 加 以及洋 中脊 热液 活动频 繁 引起 的 。海 水趼 ｓ 比值 的增 大 ， 示 陆源 锶 的增 ｓ ｒ 指 加， 与大 陆地壳 的强 烈剥蚀 和 大 规模 隆 升 有 关 。如 过 去 １０ ａ以 来 ， 平洋 海 水卵ｓ ｓ ０Ｍ 太 ｒ 比值 是上 升 的 ， 尤其 是 ８ ～６Ｍ ． ． ４ ～１ＭａＢ Ｐ ，其 中 ４ ０ ５ ａＢ Ｐ 和 ０ ５ ． ． ０～１Ｍ Ｐ 的 显著 ５ ａＢ． ． 升 高是青 藏 高原 隆升所 致 ＿ １ 。南海 西沙 群 岛珊瑚 礁 锶 同位 素组 成 变化 也 支持 这 一 观点 ， 研究发现 ，西沙海域海水锶同位素的波动与青藏高原阶段性 的隆升具有内在联系 ，随着 青藏高原隆升速率的增高，西沙海域海水锶同位素正异常出现的频率也越高 。 。 。 由此 可见 ，海 洋锶 同位 素 已被 广泛 应用 于沉 积学 、地层 学 、古海 洋学 和古 气候 变化
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
流量 仍仅 占世 界河 流总 径流量 的 ９ ；二 、忽 略 了季 节性 波 动对 河 流 流量 的影 响 ，以及 ％ 缺少 了小 型河 流 的锶 同位 素 组 成 数 据 ；三 、加 拿 大 独 特 的 地 理位 置 （ 内 ９ ％的 地域 境 ０ 位 于北 纬 ５。 ０以北 ） ，寒 冷 的气 候 特 征 和 地 质 背景 ，不具 有 全 球 代 表 性 ＿ １ 。因此 ，认 为
关键 词
海洋 锶储 库
陆源 锶
幔源 锶
热液 循环
引 言
海 洋锶 物质 来 源研究 是海 洋化 学物 质循 环研 究 的重要 组成 部分 ，也 是 了解海 洋与 岩 石 圈相 互作 用和 物质 交换 的重 要途 径 。 目前 ，海 洋锶 同位 素 已成为 古海 洋演 化 （ 如古 海 平 面变 化 、海 陆 变迁 ） 、古 气候 变化 和陆 壳 风 化剥 蚀 历史 研 究 的重要 手段 。 只有 深 入认
区域地质背景 （ 地表出露岩石类型）和邻近河流的锶同位素组成进行对 比和估算 ，进而
获得 了较 为全 面 的全球 河 流锶 同位 素数据 库 。其 中 ， 实 测 数据 的河 流 年径 流 量 占世 界 有
河流年径流总量的 ４ ％ ８ ｒ Ｓ 平均值为 ０７１ ， ７ ７／ ｒ ｓ跖 ． ９ 略高于 ０７ １＿ ， １ ．１１ 锶含 量的平均值为 １ ０８０ａｏ ｋ。如果 加上 估算 的河 流 ， ．９ｔｎｌ ｇ ／ 总径 流量则 占世 界河 流 年径 流 总量 的 ５ ％ ８ ｒ Ｓ ７ ７／ ｒ Ｓ嘶
平均值为 ０７１， ．１７锶含量 的平均值为 ０９３ ｎｌｇ ． ｔ ｏｋ。另外 ，依据海洋锶的质量平衡 ，他 ２ａ ／
们还获得了洋中脊高温热液锶通量为 １２ ０ ｋ／ （ ． ×１Ｈ ｇ ｒ 高于 ０２ ０ ｋ／ ＿ ，并总结 ｙ ． ９×１¨ ｓ ｒ ｙ１ ）
了海洋 锶储 库各 端元 锶 的组成 特征 。
２ ２锶 同位 素地 层学研 究 ．
不 同时代 古 海水 盯 ｔ ｒ 时 间变 化 的 曲线 得 到 了后 续研 究 的补 充［ ，完 善 了海 Ｓ！ 随 跖Ｓ ４ ］ 洋 锶 同位 素 在地层 学 中的应 用 。海 相 自生 矿 物保 存 了其形 成 时 海水 的盯 ｓ Ｓ ｒ比值 ，是
水盯 ｒ６ｒ Ｓ／Ｓ 比值的相对提高 ；相反 ，当海平面上升时 ，陆地暴露面积减少 ，海水 中由河 ｓ 流输入的陆源锶减少 ，海水盯 ｒ ｓ 比值相对 降低。１８ 年 ，Ｂ ｒ 等人精确地测定 了 ｓ嘶 ｒ ／ ９２ ｕｅ ｋ 海洋碳酸盐岩中盯 ｓ 比值 ，获得了显生宙以来海水盯 Ｓ 比值随时间变化的综合性 ｓ ｒ ｓ ｒ 曲线 （“ ｕｋ” 曲线 ） Ｂ ｒｅ ，从 而掀 起 了海相 地层 锶 同位素研 究 热潮 ＿。 ３ 』
要为中酸性火成岩和高级变质岩）的河流具有 高盯 ｓ 比值 ；流经基性岩和年轻硅铝 ｓ ｒ 质岩石 区域 的河流 ，具有较低卵 ｓ 比值 ；而碳酸盐岩地区发育的河流 ，其舒 ｒ ｓ 比 ｓ ｒ ｓ／ ｒ 衢 值接近于海水的材 ｓ 比值。总体上，这一时期 的研究 主要针对少数主干河流或局部 ｓ ｒ 地区内河流锶的同位素组成进行系统测定 ；河流径流量仅 占全球河流总径流量的一小部 分 ，且所 选取 河 流 的地 质 背景具 有 明显 的地 区性 。 因此 ，并 没有 获得 能够 代表 全球 河流
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
海洋锶同位素变化特征 ，可以获得地质历史演化过程中古海平面 、古气候变化和全球性 构造运动等重要信息 。 ２ １研 究古海 平面 变化 ． 海 洋 中 的锶 主要 来源 于陆 壳古 老硅 铝质岩 石风 化及 洋壳 岩石 海底 风化 的产物 ，因而
海相碳 酸盐 岩 的锶 同位素 与古 陆 的相 对 大小 、海 平 面 的变 化有 着 密 切 的关 系 。 １７ ， ９０年 Ｐｔ ｎｎ通 过对海 相碳 酸盐 岩 的锶 同位 素 研究 ，发 现显 生 宙 以来 海 水卵 ｓ 比值 是 波 ｅ ｎａ ｅ ｓ ｒ 动性变化的［。海水 的盯 ｒ ｓ 比值有规律的变化与海平面变化有 内在 的联系 ，即当海 ２ ］ Ｓ衢 ｒ ／ 平 面下 降时 ，陆地 暴 露面积 增 大 ，由大 陆风化 作用带 人 海洋 的陆 源锶增 加 ，从而 引起 海
酸盐 成 因锶 的研究 较少 。因此 ，这里 主要 介绍 陆源 锶 和幔源 锶 的研究 进展 。
３ １陆源锶 研究 ．
陆源锶指大陆地壳硅铝质岩石经风化剥蚀后由河流带人海洋的锶 ， 具有较高的卵 ｓ ｓ ｒ
比值 。通 过对 全球 范 围 内主要河 流 的系统 采样 和分 析 ，可获 得每 条河 流 的年平 均 锶通 量