冰期旋回中δ13C规律变化的解释和分析.doc

地球科学原理之16 冰期旋回中δ13C规律变化的解释和分析 广东海洋大学 廖永岩 （电子信箱：HYPERLINK mailto:rock6783@126.comrock6783@126.com） 上一回我们已分析了冰期旋回中δ13C和δ18O的变化规律。在这里，我们先来了解一下当今权威学术界对这一现象的的解释。 1 目前学术界对δ13C和δ18O规律变化的解释 目前为止，学术界对冰期后直接盖在冰碛岩上的碳酸盐岩帽里的δ13C从强负值开始强烈正漂，及整个冰期旋回中δ13C的规律变化，有很多种解释（Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992; Hoffman, et. al., 1998; Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000; Bains, et. al., 1999; Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994）。归纳起来，主要有以下三种： 生物量变化说（Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992）；甲烷渗漏说（Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000）；火山脱气说（Hoffman, et. al., 1998; Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994）。 坚持第一种观点的学者认为，冰期后形成的碳酸盐岩帽中的δ13C负异常，是由于冰期形成，温度变低，进行光合作用的植物受温度的影响，生物量下降，光合作用减弱。通过生物分馏δ12C的能力下降。但生物体的分解并没有太多地减少，或甚至因大量生物的死亡而有所增加。这样，由于δ12C分馏能力减弱和生物体分解释放δ12C能力加强的共同作用，将造成δ12C相对地在大气和海洋里增加，从而造成δ13C的负漂移（Kimura, et. al., 1997; Kaufman, et. al., 1991; Derry, et. al., 1992;胡修棉，2001）。 坚持第2种观点的学者认为，由于受某种高温作用（一般均未说明是那一种来源的高温），海底冰冻层的以甲烷为主的天然气水合物大量气化释放，进入海洋或大气。在海洋或大气中，甲烷被氧化为CO2。这些CO2溶于海洋中，进一步和海洋里的钙、镁等离子结合，形成碳酸盐岩帽。因为甲烷的δ13C强烈负偏，所以，这使海洋或大气中的CO2δ13C也出现强烈负漂移（Dickens, et. al., 1995; Kennedy, et. al., 2001; Kennett, et. al., 2000;杨瑞东等，2003）。 坚持第3种观点的学者，以新元古大冰期为例，认??新元古冰期形成雪球地球，海洋被雪球封闭，没有被雪球封闭的陆地上的火山喷发和地震，产生大量CO2气体。这些CO2等温室气体越积越多，温室效应越来越强，最后造成雪球的解体。大量的CO2进入海洋或大气，使雨水呈酸性，加强了岩石的风化。陆地和海洋里的风化产生的大量金属离子结合，形成了碳酸盐岩帽[Hoffman, et. al., 1998]。这样，由于火山喷发和地震产生气体的相对负δ13C值（-7左右），造成碳酸盐岩帽的δ13C值负漂移（Hoffman, et. al., 1998）。其它冰川期，也有类似新元古大冰期的现象发生（Kennet and Stott, 1991; Zachos, et. al., 1993; Eldholm and Thomas, 1993; Zachos, et. al., 1994）。 2 对已提出解释的可行性分析 用生物光合作用的强弱变化和生物量的变化来解释δ13C值从强正值向负漂移，理论根据不足。随着冰川的形成，由于温度的影响，植物的量的确会减少，光合作用也会随之减弱。光合作用减弱，只是光合作用对CO2中的δ12C的分馏作用减弱。分馏作用减弱，但并没有停止，仍在进行δ12C的分馏作用。这就是说，若大气和海洋里的CO2的供应和消耗没有太大变化的话。尽管光合作用减弱，随着光合作用（减弱后的）的继续进行，照样会进行δ12C的分馏，大气和海洋中的δ12C会继续降低，δ13C会继续上升。所以，冰川形成