地球化学课件9.ppt
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1、地球化学课件9 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化1海水温度对海水温度对18O的影响的影响碳酸钙从水溶液中沉淀出
2、来进入生物壳体时,相互间发生同位素交换反应,反应方程为: 1/3CaCO316H2O181/3CaC0318H2O16 当反应达到平衡时,其平衡常数与温度间有确定的关系,即碳酸钙的氧同位素组成是温度的函数。温度升高时,相对较轻的16O由于有较高的活性,易于迁移,在同位素交换反应中将优先被吸收进生物壳体内,致使18O含量相对减少,180值随温度的上升而下降。最适用于有孔虫同位素分析的关系式: t16.94.4(sw)0.10(sw)2式中,s:壳体中氧同位素值,w:水体的氧同位素值第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化v壳体同位素组分不仅受到海水温度的制约,而且还受到海水本身同位
3、素组分背景值的影响。但从总体上来说,在开放性的大洋环境中,由于大洋环境的搅混与调节作用,盐度的变动极微,引起同位素组分的变动甚小(仅1的幅度),因而不是主要的影响因素。 v冰期效应,在地质历史时期中可以造成大洋水体同位素成分的明显变动。当18O值向正值偏移时,意味着冰期的到来,向负值偏移代表着向间冰期的转化。这种冰期效应可以通过生物壳体在大洋地层中留下明显的记录。v目前一般认为,当以 PDB为标准时,底水温度变化1oC时,相对于180值0.26的变化;而180值0.1的变化相对于盐度0.2的变化或间冰期海平面10m的变化。同位素测温的误差约在0.1的范围内,对应于0.5oC的温度变化。第五节第
4、五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化3 3生命效应对壳体生命效应对壳体18180 0值的影响值的影响生物在造壳过程中所吸取的氧同位素组分还受到生物自身的生长速率、新陈代谢、光合作用等多种生命效应的影响与干扰,即所谓“生物个体的分馏作用”。只有当生物体内180值与海水的氧同位素达到平衡,才可有效指示古海洋环境。有孔虫与软体动物壳体的180值与海水基本保持平衡,因此常用来指示古海洋环境。第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化4 4氧同位素应用氧同位素应用(l l)查明地质时期海水古温度的变化趋势)查明地质时期海水古温度的变化趋势 通过生物氧同位素研究法确定了自晚白垩纪(约
5、7000万年前)以来全球气候有逐渐变冷的趋势。 Emiliani(1954)根据底栖有孔虫180值逐渐递增的趋势,确定了自白垩纪以来,全球大洋深水平均温度曾从13oC逐渐下降到目前的2oC左右。由于在任何时候、任何地区,底栖有孔虫氧同位素温度始终低于浮游有孔虫的氧同位素温度,表明大洋的底层水系由高纬地区的表层水下沉扩散而来,所以,从新生代底层水的这种变冷趋势可以推出高纬地区的表层水以致大气圈也存在着逐渐变冷的趋势。第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化过去过去7000万年来,大洋深水(底栖有孔虫)氧同位素测定值万年来,大洋深水(底栖有孔虫)氧同位素测定值(标定的增量单位为标定的
6、增量单位为1Ma )底栖有孔虫的氧同位素测定值反映新生代以来有阶梯状逐渐变冷的总趋势。 南极海冰南极海冰大量形成大量形成南南极极冰冰盖盖形形成成北北半半球球冰冰盖盖形形成成第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化据据180值作出的值作出的7000万年以来大洋水温变化图万年以来大洋水温变化图太太平平洋洋低低纬纬度度表表层层水水温温南南大大西西洋洋中中纬纬度度表表层层水水温温南南大大西西洋洋深深部部水水温温第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化经过修改综合的布容期古温度曲线经过修改综合的布容期古温度曲线曲线特征显示:在70万年期间,清晰地显示出波长大体相同、近十万年的
7、周期变化;同时,180值的振幅十分相近,具有相近的极大值与极小值。(2)揭示全球气候周期变化的趋势)揭示全球气候周期变化的趋势第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化原理:原理:基于古代灭绝的浮游有孔虫也有类似于现生种那样的分层生活的习性,利用生活在不同水深处的浮游有孔虫以及栖息在不同洋底深度的底栖有孔虫进行系统的氧同位素测定,从而重塑大洋某一时段自下而上温度结构的垂向剖面,以了解古大洋水文结构中十分重要的古温跃层的深度以及温度变化的梯度 。第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化第三纪时期低纬度地区的垂直温度梯度变化图第三纪时期低纬度地区的垂直温度梯度变化图 第五
8、节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化早上新世平均的早上新世平均的018值与深水的标绘图值与深水的标绘图误差栅线代表1标准偏差,编号为站位号 第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化(二)碳同位素(二)碳同位素1.1.自然界碳同位素的分布及其在生物中的分馏自然界碳同位素的分布及其在生物中的分馏作用作用生物壳体的13C主要受极其复杂的生命效应所控制,物理的因素占相当次要的地位。第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化大气中大气中CO2含碳含碳0.0000691016t,13C为为-7;大洋水体中溶解的大洋水体中溶解的CO2含碳含碳 0.0041016t,1
9、3C为为0;碳酸盐沉积层碳酸盐沉积层含碳含碳 71016t,13C为为0;沉积物中的有机质沉积物中的有机质含碳含碳 21016t,13C约为约为-25;地球内部原生碳地球内部原生碳含碳含碳91016t,13C为为-5.5碳同位素在天然物质中的分配(以13C )C:还原碳;CO2:氧化碳第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究与全球变化海水与无机碳酸盐中的13C值均为0,因此当碳酸盐从海水中沉淀出来时,不会影响到海水原先的碳同位素值,即基本上不会引起碳同位素的分馏作用。但当有机物质从海水中析出时,由于两者相差悬殊,必然明显地影响到海水中的13C值。第五节第五节:碳酸盐研究与全球变化碳酸盐研究
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