大洋多金属结核的矿物学特征与南极底流(AABW)活动

总结了大洋多金属结核的形态、构造类型、矿物组合、区域分布等特征,及其对南极底流活动的反映。采用扫描电镜(SEM)对结核生长过程中构造类型的变化进行连续观察,结合透射电镜(TEM)与X射线粉晶衍射(XRD)分析结果对结核的矿物类型作进一步的确定。结果表明,结核的形态、构造类型、矿物组成之间有着很好的响应关系,且受控于南极底流活动强弱的影响,结核形成初期(核心层),南极底流活动强度较强、海水氧化性较高,形成的锰矿物以水羟锰矿为主,构造类型多为斑杂状。结核生长中、后期(外壳层),南极底流活动较弱、海水氧化性较低,形成的锰矿物以钙锰矿为主,其构造类型逐渐过渡为柱状构造及纹层状构造。此外,多金属结核的区域分布及元素变化特征与南极底流活动具有密切联系,南极底流活动区往往对应着多金属结核的大面积分布区,南极底流活动区和非活动区δCe_N和Ce/La值具有明显差别。

大洋锰结核(壳)中南极底流活动的矿物学与地球化学记录

总结了大洋锰结核(壳)的形态、构造、矿物组合、元素富集特点,以及区域分布和南极底流活动的关系,采用ICP-MS测试手段对中太平洋海山区17个锰结壳样品和1个基岩样品的稀土元素进行测试,结果表明,富钴结壳的REE含量很高,平均为1716.66×10-6,轻稀土明显富集,LREE/HREE平均为4.82,锰结壳样品中除MID06样品有轻微的Ce负异常外,其余样品均具明显的Ce正异常,基岩MKD01呈明显的Ce负异常。不同区域锰结核(壳)中稀土元素的对比研究表明,南极底流活动区和非活动区Ce/La值有显著差异,但不能通过Ce/La值确定底流的迁移路径。这一成果将有助于全面认识大洋成矿作用与海洋环境变迁的内在联系。

南极半岛Bransfield海峡6kaBP以来的古气候变化及其对ENSO的响应

南极半岛是对全球变暖最敏感的区域之一,研究其全新世以来的气候变化有助于我们理解南大洋高纬地区的气候变化规律。通过中国第28次南极科学考察在南极半岛Bransfield海峡采集的D1-7岩心样品火山灰丰度统计、粗颗粒组分、粒度组分、硅藻海冰种等研究,重建了该岩心5.83ka以来的古海洋与古气候变化。该岩心可识别出13个火山灰层,其主要来源于Deception岛,并与附近的火山灰记录有很好的对应关系。该区域粗颗粒组分和粒度组分指示了9次IRD事件(IRD 1—9,年龄分别为0.84、0.97、1.18、1.89、2.05、2.25、2.45、4.46和5.09ka),在晚全新世,尤其是2.5ka以来,频繁出现的IRD事件响应于ENSO活动的强弱,ENSO活动显著增强时,向南极半岛输送的水汽增多,进而使得南极半岛冰川不稳定性增加,融化速度加快,冰川的排泄增加。晚全新世3.5ka以来,硅藻海冰种含量显著增多,指示海冰扩张;同时,分选级粉砂平均粒径的减小指示底流的减弱,反映了晚全新世以来南极半岛区域气候变冷,西风带北移。

普通X射线荧光光谱法用于中太平洋富钴结壳中锰价态的定量分析

应用普通X射线荧光光谱仪,结合PeakFit谱峰处理软件,对不同比例的MnO和MnO_2的人工混合样品的谱峰参数进行了研究,用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数(峰位、峰高、半高宽、子峰积分面积),找出了各个谱峰参数与不同价态锰含量之间的关系,并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中Mn^(4+)的相对含量,主要集中在80%～100%。总结了富钴结壳中中层和表层Mn^(4+)的含量高、核心层Mn^(4+)的含量低的变化规律,认为这与该区第四纪以来南极底流活动的增强有关。

东太平洋克拉里昂-克里帕顿断裂带WPC1101沉积柱样磁性地层及沉积环境

对采自东太平洋 CC 区西部的 WPC1101重力活塞柱样进行了岩石磁学、古地磁极性地层及古生物地层年代学研究工作。等温剩余磁化强度（IRM）、磁滞回线和反向场退磁曲线测试结果表明，沉积物中的磁性矿物主要为磁铁矿，仅在柱状样底部存在少量赤铁矿/针铁矿。340~350 cm 发育的埋藏结核层，标志着一处沉积间断的存在；60~336 cm 发育上新世晚期的硅藻化石 Cosinodiscus nodulifer ，但古地磁极性地层缺失上新世第四纪的2r 反极性时；0~60 cm 见第四纪标准化石 Pseudoenuotia doliolus 、Spongaster tetras ，且顶部缺失1正极性时。综合对比古生物地层学、磁性地层学以及邻近区域地层学特征，认为该柱状样记录了从晚渐新世至第四纪的沉积历史，期间存在晚渐新世至早上新世、上新世晚期至第四纪早期及第四纪晚期3个时期的沉积间断，上述沉积间断的形成可能是南极底流的形成与增强、CCD 界面抬升及海底侵蚀作用增强共同控制的结果。

X-射线荧光光谱法定量分析海山富钴结壳中MnO_2与MnO的含量之比值

通过普通X-射线荧光光谱仪,结合PeakFit谱峰处理软件,对不同比例的MnO和MnO2的混合样品的Kβ谱峰参数进行了研究,用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数(峰位、峰高、半高宽、子峰面积),找出了各个谱峰参数与不同价态锰的含量之间的关系,并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中不同价态锰的相对含量.分析结果显示,富钴结壳中+4价锰从核心向外有增高的趋势,可以认为这与该区第三纪以来南极底流活动的增强有关.

锰结核生长的古海洋环境与事件

本文通过东太平洋海盆、中太平洋海盆锰结核、云南东南部土壤锰结核及原生沉积锰矿特征及形成环境的对比研究,表明:(1)海洋水深,地形、生物生产力与水—沉积物界面的Eh、pH值等是控制锰结核物质成份、生长速率及分布格局的重要因素,(2)南极底层流和深海沉积间断的形成发展是造成锰结核生长间断的关键,(3)新生代低海平面时期可能是锰结核生成的重要时期。