貴州南沱冰期海洋磷的地球化學(xué).pdf

1、磷是海洋初級(jí)生產(chǎn)力最重要的限制性營養(yǎng)元素，同時(shí)對(duì)有機(jī)質(zhì)的埋藏及大氣-海洋系統(tǒng)氧化還原狀況起著重要的調(diào)節(jié)作用。由于海水中的磷主要來源于大陸巖石的化學(xué)風(fēng)化作用，因此，地質(zhì)歷史時(shí)期海洋磷的地球化學(xué)循環(huán)不僅反映了大陸風(fēng)化作用的變化，而且對(duì)當(dāng)時(shí)的海洋初級(jí)生產(chǎn)力和大氣氧的演化起著重要的制約作用。研究表明，新元古代的“雪球地球”時(shí)期，海洋中溶解態(tài)磷酸鹽的濃度很高，高于除新生代以外的其它地質(zhì)歷史時(shí)期。而在“雪球地球”事件之后的陡山沱期發(fā)生了全球性成磷事

2、件，沉積、富集了大規(guī)模的海相磷塊巖，形成了很多大型乃至超大型的磷礦床。同時(shí)，新元古代又是地球歷史上大氣氧濃度顯著增加的一個(gè)重要時(shí)期（稱為新元古代氧化事件）。根據(jù)傳統(tǒng)的“雪球地球”觀點(diǎn)，南沱冰期地球表面（包括陸地和海洋）完全被冰覆蓋，此時(shí)地表水文循環(huán)和化學(xué)風(fēng)化作用停止，因此，在這種特殊的地質(zhì)環(huán)境背景下，南沱冰期海水磷濃度較高的原因是一個(gè)急需解決的科學(xué)問題。
　　本文針對(duì)我國的貴州省，選取從淺水臺(tái)地相、大陸斜坡相到盆地相的貴州遵義六井

3、、劍河五河、從江黎家坡、天柱大河邊四處剖面作為研究對(duì)象，從這幾個(gè)地區(qū)的沉積學(xué)、巖相學(xué)、元素地球化學(xué)等方面來探討貴州南沱冰期磷的風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積過程，并且設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，在氧氣濃度和溫度均較高的條件下研究南沱冰期海水中磷酸鹽在缺氧含鐵海水逐漸氧化過程中的轉(zhuǎn)化情況，試圖推斷冰期后大氣氧濃度及溫度升高的環(huán)境下溶解態(tài)海洋磷的歸宿。論文主要獲得的認(rèn)識(shí)如下：
　　研究區(qū)的剖面野外觀察結(jié)果表明，南沱組主要的巖石組成為冰磧礫巖，剖面中也含有夾層數(shù)不

4、等的泥質(zhì)細(xì)粒沉積巖，雜礫巖中含大量磨圓度較好的礫石，剖面也常見層理構(gòu)造，因此推測(cè)南沱冰期可能存在氣候的冷暖波動(dòng)，有流動(dòng)水體作為搬運(yùn)巖石的介質(zhì)。
　　通過對(duì)新鮮南沱組雜礫巖中細(xì)碎屑組分的主量、微量、稀土元素地球化學(xué)特征分析，揭示幾個(gè)研究區(qū)雜礫巖的物源較為一致，在此基礎(chǔ)上針對(duì)研究區(qū)巖石細(xì)粒碎屑組分計(jì)算得出的化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）數(shù)值變化范圍較大，指示了南沱冰期化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的改變，從而間接反映了地表溫度的變化。而雜礫巖的CIA值與P2O

5、5/Al2O3值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明南沱冰期有程度不等的化學(xué)風(fēng)化作用，冰下化學(xué)風(fēng)化作用中釋放的磷可能是冰期海洋磷的重要來源。
　　研究巖石細(xì)碎屑組分中的鐵組分用以判別海水氧化還原狀態(tài)，分析結(jié)果表明，不同相區(qū)絕大多數(shù)雜礫巖中游離態(tài)氧化鐵與全鐵的比值均大于0.38，且南沱組巖石中所含黃鐵礦的含量極少，表明南沱冰期海水呈缺氧含鐵的還原狀態(tài)。
　　與游離態(tài)氧化鐵結(jié)合的稀土元素分析結(jié)果表明，臺(tái)地相的遵義六井剖面顯示出明顯的
　　中

6、稀土富集特征，與典型的海水稀土配分曲線明顯不同，與缺氧含鐵的海水稀土組成類似。而屬于大陸斜坡相的五河剖面和盆地相的天柱大河邊剖面則呈現(xiàn)出輕稀土富集而重稀土虧損的特點(diǎn)，反映了缺氧條件下淺水（臺(tái)地相）沉積物中輕稀土相對(duì)于重稀土的優(yōu)先釋放，在深水（斜坡相和盆地相）富集的特點(diǎn)，再次印證了南沱冰期海水為缺氧含鐵的條件。大河邊剖面樣品中顯Ce正異常，表明盆地相比其它沉積相區(qū)的沉積環(huán)境更為還原。大部分地區(qū)缺氧含鐵的海洋環(huán)境是南沱冰期海水中磷富集的另一

7、個(gè)重要原因。
　　為揭示南沱冰期海水中磷的賦存狀態(tài)，作者進(jìn)行了南沱組紅色雜礫巖中鐵結(jié)合態(tài)磷的分析。巖石中碎屑態(tài)磷的含量較少，而鐵結(jié)合態(tài)磷占總磷的比例很大，反映海水中的磷主要是以溶解態(tài)的形式存在。攜帶溶解氧的流水進(jìn)入海洋后，海水中的Fe2+氧化為Fe3+，溶解態(tài)磷吸附或共沉淀于（氫）氧化鐵之上形成了鐵結(jié)合態(tài)磷。
　　人工配制的南沱冰期海水在氧濃度及溫度較高的環(huán)境下，隨著時(shí)間的推移，pH、Eh值逐漸增高，海水逐漸從還原狀態(tài)變成為

8、氧化狀態(tài)，且氧化程度越來越高，F(xiàn)e2+也隨之被氧化為Fe3+，海水中溶解態(tài)磷從海水中移除，吸附于高活性鐵或與氫氧化鐵形成共沉淀。
　　根據(jù)以上研究成果，結(jié)合南沱冰期總的氣候特點(diǎn)及近年來南極地區(qū)的重要發(fā)現(xiàn)，得出如下認(rèn)識(shí)：
　　1.貴州南沱冰期存在著氣候的冷暖波動(dòng)和冰下風(fēng)化作用，冰下化學(xué)風(fēng)化作用是這個(gè)時(shí)期陸地上的磷進(jìn)入海洋的主要機(jī)制:
　　2.南沱冰期海洋整體處于缺氧含鐵環(huán)境，反映此時(shí)大氣氧濃度遠(yuǎn)未達(dá)到現(xiàn)代的水平，而這又為