中太平洋阿利森海山al-l富co結(jié)殼的生長(zhǎng)和分布0001

1、中太平洋阿利森海山al-l富co結(jié)殼的生長(zhǎng)和分布摘要：以中太平洋阿利森海山的 Al-l富Co結(jié)殼為研究對(duì)象,在其結(jié)構(gòu)觀察、年齡標(biāo)定和 生長(zhǎng)世代確定的基礎(chǔ)上，平均按1.3mm間隔取樣，測(cè)定各分層常微量元素含量，計(jì)算了結(jié) 殼中各元素的富集系數(shù)和分布系數(shù)。結(jié)合元素富集系數(shù)、分布系數(shù)和特征元素對(duì)比值，探討了古環(huán)境演化對(duì)結(jié)殼中元素富集的制約。研究表明，結(jié)殼中富集的元素正是那些在海水中滯留時(shí)間較短的元素；結(jié)殼是海洋中“清掃”型元素重要的“匯”；元素在海水的行為是 其在結(jié)殼中富集的內(nèi)因。碳酸鹽的溶解導(dǎo)致的Fe、Ba的釋放有利于結(jié)殼的生長(zhǎng),但卻“稀釋” 了 Mn Co> Ni等元素的累積；最低含氧帶的發(fā)

2、育和南極底層水活動(dòng)的加強(qiáng)利于MnCo等元素的氧化和“清掃”。結(jié)殼的生長(zhǎng)間斷是南極底層流活動(dòng)減弱和活動(dòng)模式發(fā)生根本 轉(zhuǎn)變的結(jié)果；火山活動(dòng)沉積抑制了結(jié)殼的生長(zhǎng) ;6.8Ma是結(jié)殼從快速生長(zhǎng)到緩慢生長(zhǎng)發(fā)生轉(zhuǎn) 變的關(guān)鍵時(shí)期。富Co結(jié)殼不僅是重要的礦產(chǎn)資源，而且由于其生長(zhǎng)速率較小、并且普遍沒有遭受后期成巖改造，因此，富Co結(jié)殼也是潛在的古海洋環(huán)境演化的“記錄儀”。富Co結(jié)殼化學(xué)成分的改變與水深、碳酸巖補(bǔ)償深度（CCD）、生長(zhǎng)速率、底流強(qiáng)度和最小含氧帶的深度密切相關(guān)本文以中太平洋Al-l結(jié)殼為研究對(duì)象，在其結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)年齡和生長(zhǎng)時(shí)代確定的基礎(chǔ)上，通過常微量元素的富集系數(shù)、分布系數(shù)和特征元素對(duì)比值的變化特征研

3、究，揭示結(jié)殼生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境變化的關(guān)系，進(jìn)而建立中太平洋海山富 Co結(jié)殼的生長(zhǎng)模式。1樣品與方法富Co結(jié)殼A1-1取自中太平洋海山 （18° 00' 31 M 178° 26' 57 W,水深 2 600 m）, 該結(jié)殼呈橢圓狀，最大厚度為39rnrn。根據(jù)截面鏡下觀察和年齡標(biāo)定結(jié)果，以生長(zhǎng)間斷為標(biāo)志分為3個(gè)生長(zhǎng)世代常微量元素含量測(cè)試由中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所完成，使用儀器分別為ICP-AES和PE Elan 6000型電感耦合等離子體質(zhì)譜 （ICP-MS）。分析方法簡(jiǎn)述如下：在超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)， 稱取40 mg （<200目）的粉末樣品，置于高壓密封容

4、器中，加入2mL混合酸溶液HF+HNO在元素分析的基礎(chǔ)上，分別按公式（1）和（2）計(jì)算了各元素的富集系數(shù)（E富集系數(shù)（E2結(jié)果2.1 元素富集系數(shù)的分布圖l是富Co結(jié)殼A1-1三個(gè)構(gòu)造層（A層：大于21mm,相當(dāng)于世代I和世代n ;B層:2021mm,對(duì)應(yīng)于火山灰層；。層：小于20mm,相當(dāng)于世代田各元素的富集系數(shù)分布?？?以看出，與中太平洋海盆沉積物相比，3個(gè)構(gòu)造層都明顯富集 Ti、Cr、Mn Co Ni、Cu、 Zn、Sr、Sa REEs Hf、Th 和 U,而貧 Rb Cs 和 Ta;其中尤以 Mn Co Ni、Sr、REEs和 U富集程度最高。3個(gè)構(gòu)造層中，上述元素在C層段（小于20

5、mm）中富集程度最高，A層 段（大于21mm）次之，在B層（2021 mm處）富集程度最低。3個(gè)構(gòu)造層中，元素富集系 數(shù)的最明顯差別體現(xiàn)在：在A、C層段內(nèi)，Mg、P、Ca和Sa富集，而在B層內(nèi)，Mg、Ca和 Ba卻虧損。2.2 元素的分布系數(shù)（K圖2表示了各元素在海水中的滯留時(shí)間與分布系數(shù)的關(guān)系。從中可以看出，結(jié)殼中分布系數(shù)較大的元素為 Mn Fe、Co Al、Th、Pb和輕稀土元素（LREE）;元素的分布系數(shù)與其在 海水中的滯留時(shí)間密切相關(guān) （R2.3 特征對(duì)比值的剖面分布圖3表示了元素對(duì) Mn/Fe、Ca/P、Ni/Ca和Ba/Ti比值的剖面分布。從中可以看出，以結(jié)殼的兩個(gè)生長(zhǎng)間斷（6.8

6、9.8、13.629.6 Ma） 為界，4個(gè)元素對(duì)比值在結(jié)殼 3個(gè)生長(zhǎng)世代 內(nèi)呈階段式變化：Mn/Fe從世代I -世代n -世代田呈階梯式增大：從世代I -世代n , Ca/P 比值驟然增大；從世代n -世代m , Ni/Co 和Ba/Ti比值突然減小。3討論3.1 結(jié)殼中元素富集的內(nèi)因各元素的富集因子表明，富Co結(jié)殼A1-1中明顯富集Mn Ca、Co> Ni、Fe和稀土元素等， 這些富集元素恰好是分布系數(shù)較大的元素；元素的分布系數(shù)與其在海水滯留時(shí)間的關(guān)系表 明，這些比較富集的元素都是那些在海水中滯留時(shí)間小于大洋海水混合時(shí)間的那些元素 （圖2）。這一關(guān)系在太平洋結(jié)殼中普遍存在3.2 環(huán)境

7、變化對(duì)結(jié)殼生長(zhǎng)的制約結(jié)殼中的重要礦物相為6 -Mn036.329.6 Ma (世代I )期間，由于富Co結(jié)殼A1-1所在的海山位于生產(chǎn)力較高的赤道附 近，碳酸鹽的供給量和溶解速率都比較大13.69.8 Ma (世代n )期間，盡管碳酸鹽的溶解速率增大，但是，隨著太平洋板塊向西 北運(yùn)動(dòng)，海山逐漸遠(yuǎn)離赤道高生產(chǎn)力區(qū)，碳酸鹽的供給量和 Ba、Fe等元素的釋放量也逐 漸減小，從而導(dǎo)致這一時(shí)期結(jié)殼中的Ba/Ti和Ca/P的逐漸減弱及 Mn/Fe的逐漸增大；止匕時(shí),海山仍然沒有到達(dá)最小含氧帶分布區(qū)，Mn、Co的氧化效率和Mn的水合物“清掃”作用依然較弱，造成結(jié)殼中Co的含量并沒有因?yàn)镕e釋放量的減少而增加，呈現(xiàn)出Ni/Co逐漸增 大。06.5 Ma (世代田)期間，由于海山已經(jīng)遠(yuǎn)離高生產(chǎn)力區(qū)而接近最小含氧帶分布區(qū) ，碳酸 鹽的供給量和溶解速率顯著降低南極底層水的活動(dòng)強(qiáng)度大小是決定結(jié)殼生長(zhǎng)、發(fā)育的必要條件。生長(zhǎng)間斷I(29.613.6Ma)正好與南極底層水不活動(dòng)期相當(dāng)4結(jié)論(1)富Co結(jié)殼A1-1中元素的分布系數(shù)與其在海水中滯留時(shí)間密切相關(guān) ；結(jié)殼中富集的元 素正是那些在海水中滯留時(shí)間較短的元素 ；結(jié)殼是海洋中“清掃”型元素重要的“匯”；元 素在海水中的行為是其在結(jié)殼中富集的內(nèi)因。(2)碳酸鹽的溶解速率變化導(dǎo)致的Fe、Ba的釋放有利于結(jié)殼的生長(zhǎng)，但卻“稀釋” 了 MnCo