太平洋富钴结壳的生长与元素富集机理

发布时间：2020-07-17 00:01

【摘要】： 本文对中太平洋海山区、西太平洋麦哲伦海山区富钴结壳的生长年代学、地球化学进行了系统、深入的研究，探讨了富钴结壳的生长对太平洋古海洋演化的响应，富钴结壳的成因和元素富集机理。主要研究结果如下： 1．太平洋富钴结壳的起始生长年代与生长速率 本文研究结壳中~(234)U相对于~(238)U亏损或平衡，这可能是结壳中~(234)U优先于~(238)U被海水淋滤造成的。所研究结壳的Th／U)_(C.R)为0.94-4.13，平均为2.32。采用~(230)Th_(ex)法、~(230)Th/~(232)Th法得到太平洋富钴结壳的生长速率为1.93-4.97mm／Ma，与Co地层学的结果十分吻合。同时利用Co地层学得到结壳CAD15与MHD59的起始生长年代分别为～27Ma B.P.和～46Ma B.P.。 2．富钴结壳中元素的赋存形态与聚类分析 利用连续浸取法研究了未磷酸盐化结壳与磷酸盐化结壳中元素分别在碳酸盐及可交换相、Mn氧化物相、Fe氧化物相和碎屑相中的赋存状况。与未磷酸盐化结壳相比，磷酸盐化结壳的化学组成有显著的差别，最显著变化是所有元素在细晶碎屑相中的含量比例增大。对结壳进行Q型聚类分析，得到结壳层段的划分结果与样品的宏观构造和地球化学变化一致。同时，R型聚类分析结果表明结壳中的元素可分为Fe氧化物组分、碎屑组分、Mn氧化物组分、CFA组分及生源组分。 3．磷酸盐化事件对富钴结壳REE地球化学特征的影响 磷酸盐化事件对富钴结壳REE地球化学特征具有显著的影响：(1)导致结壳中稀土含量的增加。(2)对草酸相和HF相的REE分布模式有较大影响，表现为造成轻重稀土之间的分馏，以及Y异常的差异。(3)导致结壳Y／Ho比值增大，其中结 ＃4 壳MHD59的磷酸盐化层段Y／H。重量比都大于28，而结壳CAD15的磷酸盐化层段 YMO比值并未全部大于 28，反映了结壳 MHD59磷酸盐化的强度大于结壳 CAD。 4．未磷酸盐化结壳中稀上元素地球化学参数的时间演化及古海洋学意义 结壳CAD和MHD59的未磷酸盐化层段中SCe及LREEMREE比值都随时间 逐渐减小，并夹杂有短期的增大。反映了两个海区～17Ma B卫以来的氧化性条件及 结壳水成作用呈现波浪式的减小；结壳CAD15的6Ce总体上大于结壳MHD59，反 映了中太平洋海山区底层水的氧化性强于麦哲伦海山区，这与AABW的流动方向一 致。两个结壳TREE的时间演化图象类似，也反映了两个结壳所处环境的变化相似。 5．富钻结壳对古海洋演化的生长响应 全球变冷、碳酸盐溶解速率增加、底层流活动加强、火山活动频繁发生等古海 洋学事件的发生，使结壳生长要求的条件得到满足，从而启动了结壳的初始生长及 未磷酸盐化层段的重新生长。新生代太平洋发生的磷酸盐化事件则抑制了结壳的生 长，并明显影响了结壳的矿物学组成和地球化学特征。结壳生长时随海山经过东北 信风带，接受了大量来自大陆的风尘输入，使中部疏松层得到发育，而该层发育时 间的不同则反映了风尘来源的不同及海山移动轨迹的差异。 6．宫钻结壳的成因与元素宫集机制 根据本研究的浸取实验结果，进一步证实结壳的成因主要是胶体化学成因。结 壳的生长可用一个双阶段胶体一化学吸附模型来说明：第一阶段，水柱中形成 MnO。／Fe（OH）。，Fe（OH）。H（OH）4和Fe（OH）。／AI（OH）。／SIO。等混合胶体，这些胶体根 据各白的表面物理化学特征吸附和富集不同的元素；第二阶段是混合胶体在海山基 岩上以氧化物或氢氧化物的形式沉积，吸附的元素结合进矿物点阵。然后通过自催 化或自反馈的方式生长。生物活动在富钻结壳生长中可能起着重要作用。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：P744
【图文】：

富钻结壳D寥外观

}汀一‘几三、<称三，兮茄仁尸、、14O图2一1CBD12一2—一fr而厂一不产洲不而LO闻titu归e-本文研究结壳的采样站位图(图中大于180度为西经，图2万伺)CAD15的宏观构造与MHD59类似，也具有三层构造‘其上层较致密层厚~2.scm，中层疏松层厚一1.scm，卞层致密层厚~7cm。与掬旧D59相比，其上层和下层夹杂物要少得多。该结壳无附着基岩，但底部具有多孔状构造，并夹杂有火山玻璃等物质。在结壳玉层距离中层与下层界线一1.scm处有一明显边界(本文将该界面称为“界面A”)，该界面物质为薄膜状棕黄色物质，与结壳本身明显区别，将下层分为两部分

图6一2富钻结壳磷酸盐化示意图(引自Koschinsky等，1997)Halbaeh等(1982，1989)将最低含氧带(OMZ)的扩展与结壳的磷酸盐化联系起来。如图6一2所示，结壳在oMz下生长，那儿富Mn2+、贫。:水体与富02底层水混合。当表层生物生产力增加等相关变化导致OMZ强化并扩展时，该贫氧、富P水向下到达覆盖结壳的海山山坡，抑制了结壳的进一步沉积，加上氟磷灰石碳酸盐(CFA)侵入结壳，导致结壳的磷酸盐化。结壳的磷酸盐化除了对原有结壳中元素浓度的稀释外，还可能造成水成氧化物相在缺氧条件下的部分溶解。

【引证文献】

相关期刊论文 前2条

1 赵广涛;何雨e

本文编号：2758689