有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理探究

有孔虫壳体钙化形成的方解石中的元素和同位素组成在重建古海洋演化方面有着广泛的应用。然而,前人发现有孔虫方解石和同海水成分的溶液中沉淀的无机方解石的化学组成有着显著差异,表明有孔虫方解石壳体的化学组成受到了“生命效应”的影响。为了探究这种“生命效应”背后的控制因素,更可靠地利用古海洋指标,前人从钙化过程及元素分配机理方面开展了一系列研究。文章总结了目前提出的有孔虫钙化的两种主要方式,即海水液泡内吞作用与Ca^(2+)离子跨膜转运作用。其中,在封闭或半封闭的钙化空间内,流体微量元素组成随着碳酸钙沉淀产生的瑞利分馏效应,成为解释有孔虫微量元素分配“生命效应”机理的经典模型。然而,这一模型仍难以定量解释有孔虫方解石壳体低镁的机制、钙同位素组成、以及镁钙比值对温度的敏感性。生物碳酸盐,包括有孔虫方解石,在形成时可能普遍存在亚稳态前驱碳酸盐物相。亚稳态前驱碳酸盐转化成方解石时产生的微量元素分配效应可能是解释有孔虫低镁的重要原因。最近,球文石物相在活体有孔虫中的发现支持了这一认识,但碳酸盐前驱体转化为方解石时的微量元素分配和同位素效应目前罕有研究。文章着重介绍了有孔虫中球文石前驱体转化为方解石时微量元素的分配模型,这一模型可以定量解释有孔虫低镁的现象。同时,结合前人实验室合成球文石和有孔虫方解石壳体的Ca同位素数据,类比颗石藻钙化过程中的Ca同位素分馏机制,作者从钙同位素角度进一步推测有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理。亚稳态前驱体在有孔虫钙化过程中可能对微量元素分配与同位素分馏的“生命效应”有着重要贡献,未来需从其它微量元素和同位素的角度对该模型进一步验证。

西太平洋铁锰结壳中两类不同成因磷酸盐的元素特征、形成机制及指示意义

太平洋铁锰结壳在中新世以前大多经历了磷酸盐化,一般认为其形成代表了高生产力时期富磷组分对先期已形成结壳的交代作用,即磷酸盐化事件的产物。然而,前人对铁锰结壳磷酸盐化的机制研究多基于点-线分析元素或同位素,对铁锰结壳生长结构及二维元素分布特征研究较少。本研究以西太平洋水成铁锰结壳MDD53为研究对象,利用电子探针(EPMA)进行高分辨率元素定量分析,并结合微区X射线荧光光谱(μXRF)面扫得到结壳元素二维分布图。电子探针和μXRF结果揭示了该结壳中下部发生了磷酸盐化。μXRF结果显示该结壳存在两种不同类型的磷酸盐富集特征:第一类是结壳顶部中出现零星的Ca、P富集,同时伴随着强烈的后期改造特征,如结壳呈破碎状结构,Fe丢失、Mn相对富集。电子探针数据进一步表明,在成岩改造中,Co、Ni等微量元素发生了相对富集,而Pb则发生了丢失,这一现象反映了这些元素与Fe、Mn不同的亲和力,与大量有机质在结壳海水界面分解导致的成岩扰动特征相符。第二类是结壳底部连续出现的纹层状Ca、P富集特征,且无后期扰动现象,暗示MDD53结壳底部磷酸盐是同沉积/早成岩作用的产物,而不是反映后期磷酸盐化事件成岩改造的影响。这类未报道过的同沉积磷酸盐可能表明结壳形成早期,其水深相对较浅时,海水中大量磷酸盐与铁锰氧化物胶体共沉淀而产生的磷酸盐富集现象,因而为重建晚白垩世-早新生代高时间分辨率古海洋演化提供了可靠载体。