陳　萍　方念喬　胡超涌

(1. 安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001；2. 中國(guó)地質(zhì)大 學(xué)海洋學(xué)院，北京 100083)

摘 要：通過(guò)對(duì)東北印度洋MD77181和MD81349巖芯近260 Ka以來(lái)浮游有孔蟲(chóng)獹lobigerinoides sacculifer殼體Sr/Ca值的波動(dòng)分析，討論了 冰川旋回中古氣候和環(huán)境的變化對(duì)海水中Sr/Ca值的影響。結(jié)果表明，冰期內(nèi)海平面下降帶 來(lái)的諸多因素是促進(jìn)東北印度洋區(qū)域的海水中Sr/Ca值升高的原因。有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca值的變 化能夠作為指示冰期川旋回，尤其是海平面變化的替代性指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：浮游有孔蟲(chóng)殼； Sr/Ca值；海平面；冰川旋回

Sr/Ca Ratio of Foraminifera Shell Response to theChange of Sea Level with Glacial-interglacial Cycles CHEN Ping1,FAN G Nian-qiao2,HU Chao-yong2

(1. School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui Univ ersity of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. Marine Institu te, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract:Changes of Sr/Ca ratios in shell of planktonic foraminif era 獹lobigerinoides sacculifer in two cores, MD77181and MD81349, from the NE Indian Ocean were analysed and the influence of palaoclimate and environment ch anges with glacier gyration on Sr/Ca ratio in seawater was discussed. The result s show that many factors caused by sea level dropping were responsible for high Sr/Ca ratio in seawater during glacial age. The Sr/Ca ratio of planktonic forami nifera shell can serve as a indicator for the glacial-interglacial cycles, part icularly for the change of sea level.

Key words: foraminifera shell;Sr/Ca ratio;sea level；glacial -interglacial cycles

通常認(rèn)為Sr是海水中穩(wěn)定的元素，大洋中平均滯留時(shí)間5.1×106 年，只有在百萬(wàn)年尺 度上Sr在海水中濃度變化的幅度才是有意義的。然而隨著測(cè)試手段和測(cè)試精度的提高，許多 學(xué)者對(duì)現(xiàn)代大洋Sr濃度的空間變化以及不同地史時(shí)期，尤其是第四紀(jì)以來(lái)，記錄在生物殼體 中Sr/Ca值的變化的研究表明，大洋中海水Sr/Ca值在冰期-間冰期旋回的幾十萬(wàn)年尺度上的 變化是顯著的。碳酸鈣沉積速率、河流輸入量和海平面變化作為影響因素采用數(shù)值模擬的方 法研究第四紀(jì)近150ka以來(lái)海水中Sr/Ca值的變化表明，第四紀(jì)冰川旋回中海平面變化帶來(lái)海 水Sr/Ca變化的平均幅度可達(dá)3%［1］ 3 539-3 543。在對(duì)赤道印度洋有孔蟲(chóng)殼體Sr/ Ca的研究表明，海水中Sr/Ca值在冰期-間冰期旋回中變化幅度比預(yù)計(jì)要大，可達(dá)5%［2 ］。對(duì)現(xiàn)代太平洋和大西洋海水中 Sr濃度和Sr/Ca值變化的系統(tǒng)樣品測(cè)試和分析表明，Sr 濃度和Sr/Ca值無(wú)論平面空間范圍還是垂向的深度范圍都有較顯著的差異，尤其表層海水中S r和Sr/Ca受多種因素（陸地河流和風(fēng)力輸入、岸邊文石重結(jié)晶作用等）影響顯著波動(dòng)幅度大 ,表層海水Sr的滯留時(shí)間僅為(0.058～7)×105萬(wàn)年，比平均Sr在海水中滯留的時(shí)間至少低 1個(gè)數(shù)量級(jí)［3］629。由此可見(jiàn)，表層水體中Sr濃度及Sr/Ca值的變化，在冰川旋回的 幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)年時(shí)間尺度上，可作為海水化學(xué)對(duì)古氣候與環(huán)境變化響應(yīng)的指標(biāo)。

1 海水中Sr與有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca

大洋中無(wú)機(jī)和有機(jī)成因的CaCO₃結(jié)晶時(shí)，少量的Sr2＋可取代Ca2＋進(jìn)入晶體 格架,其中CaCO₃晶體中Sr/Ca值與水體中Sr/Ca濃度呈明顯的正相關(guān)?，F(xiàn)代養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)表明 有孔蟲(chóng)殼體生長(zhǎng)時(shí)其CaCO₃硬體中Sr/Ca值主要受水中Sr/Ca值的控制［4-5］

［Sr/Ca］有孔蟲(chóng)=DSr×［Sr/Ca］海水。

式中：DSr為有孔蟲(chóng)殼體中Sr/Ca值與其生長(zhǎng)海水中Sr/Ca值的配比系數(shù)。同時(shí)，一系 列的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)還證實(shí)， 浮游有孔蟲(chóng)殼體的DSr值比無(wú)機(jī)成因方解石中DSr值更 大， 前者大約為0.16， 后者為0.03～0.12［6］。顯然浮游有孔蟲(chóng)殼體中Sr/Ca值對(duì) 海水中Sr/Ca值變化的反映更為靈敏，適合作為研究古海水中Sr/Ca值變化的替代性指標(biāo)。自 Graham等首次將第四紀(jì)浮游有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca變化與海水中Sr濃度波動(dòng)及古氣候與古環(huán)境變 化聯(lián)系起來(lái)以來(lái)，對(duì)深海沉積記錄中有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca值的研究，逐漸引起人們的注意。

2 有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca值變化特征ケ敬窩芯炕竦昧碩北印度洋MD77181和MD81349巖芯，巖芯位置如圖1所示。有孔蟲(chóng)殼體Globi gerinoides sacculifer的Sr/Ca值，樣品處理及測(cè)試過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)［7］。將兩巖芯樣品S r/Ca隨深度（年齡）變化曲線與δ18O曲線對(duì)比（見(jiàn)圖2）可見(jiàn)Sr/Ca的變化與代表 了第四紀(jì)晚期環(huán)境特征的各氧同位素期次有一定的對(duì)應(yīng)性，較明顯地表現(xiàn)為冰期時(shí)Sr/Ca升高而間 冰期Sr/Ca降低的特點(diǎn)。 尤其是MD77181巖芯， Sr/Ca波動(dòng)幅度大， Sr/Ca最高值為1.52×1 0-3，最低值為1.27×10-3，平均值為1.40×10-3，相對(duì)平均值的變化率為 8.40％～ -7.41％，變化幅度為15.81％。其中Ⅱ期和Ⅵ期Sr/Ca高值突出，Ⅲ期內(nèi)Sr/Ca波 動(dòng)較頻繁，且總體偏高；MD81349巖芯，Sr/Ca總變化幅度小于MD7718， 最高1.44×10- 3， 最低1.27×10-3， 平均1.37×10-3， 相對(duì)平均值的變化率為6.54%～-7.21％，變化幅度為13.75％，其中Ⅱ期高 值突出，平均1.41×10-3，而Ⅵ期Sr/Ca值與Ⅲ、Ⅳ期相近但明顯高于Ⅴ期（見(jiàn)圖2） 。

圖1 巖芯位置圖

圖2 MD77181和MD81349巖芯Sr/Ca與δ18 O變化對(duì)比圖3 Sr/Ca變化對(duì)冰川旋回的響應(yīng)

冰期-間冰期的氣候旋回是控制全球海平面變化的直接因素。采用多因素參數(shù)模擬的方法， 分析了150 ka以來(lái)海平面變化帶來(lái)的海水中Sr/Ca值變化，結(jié)果表明正是陸源碎 屑量的增大與同期CaCO₃沉積通量的增大、海岸暴露條件下文石的重結(jié)晶，放大了海水中S r/Ca值的變化幅度［1］3 543-3 545。從本次研究區(qū)約260 Ka以來(lái)的浮 游有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca值的變化可見(jiàn)，Sr/Ca值從高海平面的暖期向低海平面冰期過(guò)渡幾乎都是 升高的，各氧同位素期次中代表冰期的Ⅱ～Ⅳ、Ⅵ期的平均Sr/Ca值均高于代表暖期的Ⅰ、 Ⅴ期。雖然MD81349巖芯Ⅳ、Ⅵ期平均Sr/Ca值略低于Ⅰ期但明顯高于相鄰的Ⅴ期，且氧同位 素Ⅵ期的Sr/Ca高值點(diǎn)較為突出（見(jiàn)圖2）。兩巖芯的Sr/Ca值波動(dòng)趨勢(shì)總體受到了冰川旋回 中海平面升降的控制。

冰期時(shí)隨著海平面下降海岸線向大洋推進(jìn)，陸源碎屑物質(zhì)通過(guò)河流和地下水得以更多地瀉入 大洋。此時(shí)研究區(qū)注入東北印度洋孟加拉灣的恒河、普拉馬普特拉河途經(jīng)喜馬拉雅山系兩麓 ，攜帶了大量山系乃至青藏高原的風(fēng)化產(chǎn)物?，F(xiàn)代研究表明，青藏高原隆升巖體的剝蝕是全 球大洋Sr的重要來(lái)源，上述兩河每年帶入大洋的溶解Sr占全球河流輸入總量的2.7%［8 ］。研究區(qū)MD77181巖芯Sr/Ca值變化幅度大正是由于其地理位置更靠近海岸（見(jiàn)圖1）， 從而表現(xiàn)出對(duì)陸源輸入產(chǎn)生更為靈敏的響應(yīng)。同時(shí)，冰期的到來(lái)，對(duì)太平洋式碳酸鹽溶解旋 回的區(qū)域來(lái)說(shuō)，海水中CaCO₃沉積通量增大，加速了海水中Ca的輸出速率，結(jié)果也將導(dǎo)致 海水中Sr/Ca值相應(yīng)升高。研究區(qū)東北印度洋屬于冰期CaCO₃沉積通量增加的海域［9 ］，本次研究將MD77181巖芯Sr/Ca值與該巖芯沉積通量變化曲線相對(duì)比（見(jiàn)圖3），可見(jiàn) 陸源沉積通量高且CaCO₃沉積通量大的Ⅱ～Ⅳ期及Ⅵ期對(duì)應(yīng)了Sr/Ca值的最高值區(qū)。結(jié)果必 然加劇了這一時(shí)期Sr/Ca值的升高。

現(xiàn)代研究表明沉積于近岸淺水下的文石質(zhì)珊瑚硬體和某些鈣藻中Sr含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方解石質(zhì)的 碳酸鈣沉積［10］，冰期時(shí)海平面下降帶來(lái)了近岸海域的大范圍出露，使富Sr的文石 大量暴露出水面，由于文石在大氣環(huán)境中是不穩(wěn)定相礦物，很快會(huì)發(fā)生重結(jié)晶而轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇?石，這時(shí)重結(jié)晶形成的岸邊方解石中Sr/Ca值比原來(lái)文石中Sr/Ca值低75%～90%［11］ ，在此過(guò)程中釋放出的大量的Sr經(jīng)過(guò)河流和地下水作用又迅速返回大洋，尤其增高了近岸表 層海水的Sr/Ca值。

在一些特殊地區(qū)，除地表水和地下水作為Sr傳輸媒介外，風(fēng)力給大洋帶入的Sr元素，有時(shí)也 非常可觀。如現(xiàn)代北非西海岸大西洋表層水中Sr、Fe、Al等微量元素濃度的偏高很可能是西 風(fēng)將沿岸撒哈拉沙漠中剝蝕的元素帶入的結(jié)果［3］632。研究區(qū)東北印度洋地處南亞 季風(fēng)的控制區(qū)，冰期時(shí)，較強(qiáng)的東北季風(fēng)自亞洲大陸吹向孟加拉灣，也是增加海水尤其是表 層海水Sr含量的不可忽略的因素。MD77181巖芯氧同位素Ⅵ期Sr/Ca值明顯升高,該階段不僅 陸源輸入量增大，且粒度偏細(xì)（粒徑小于3.9 μm的顆粒較為突出），很可能是 風(fēng)力輸送增強(qiáng)的表現(xiàn)（見(jiàn)圖3），表明冰期東北季風(fēng)在研究區(qū)的增強(qiáng)也是提高海水Sr/Ca值的 因素之一。

圖3 MD77181巖芯沉積通量與Sr/Ca值變化對(duì)比圖

4 結(jié)論

冰川旋回帶來(lái)的海平面變化是海水中Sr/Ca值波動(dòng)的主控因素，進(jìn)而導(dǎo)致有孔蟲(chóng)碳酸鈣硬體 殼質(zhì)中Sr/Ca值的相應(yīng)變化。冰期內(nèi)海平面下降，諸多因素的影響，如近岸文石的暴露和重 結(jié)晶、海洋CaCO₃沉積通量的增大、河流，陸源輸入量的增多等，都是促進(jìn)東北印度洋區(qū) 域的海水中Sr/Ca值升高的原因。同時(shí)該區(qū)內(nèi)冰期強(qiáng)化的東北季風(fēng)也是帶來(lái)海水中Sr/Ca值升 高的因素之一； 而間冰期則相反，由于海平面的上升，暴露的海岸重又浸入海水，文石得 以保存，海洋CaCO₃ 沉積通量降低，陸源物質(zhì)輸入量減少，以及東北季風(fēng)減弱一系變化導(dǎo) 致了Sr/Ca值相對(duì)下落的結(jié)果。有孔蟲(chóng)殼體Sr/Ca值的變化能夠作為指示冰期川旋回，尤其是 海平面變化的替代性指標(biāo)。

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(責(zé)任編輯：宋曉梅)