古海洋活性铁循环研究进展及对白垩纪缺氧-富氧沉积转变的启示

铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化-强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色—红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物)等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Can-field、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化-还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成"氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象"。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成"缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低"现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧-富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。

藏南白垩纪缺氧与富氧沉积的稀土元素地球化学特征

研究了藏南Cenomanian-Turonian界线缺氧沉积和Santonian-Campanian富氧沉积的稀土元素特征,重点探讨古海洋氧化还原条件变化与稀土元素地球化学之间的关系。结果表明,缺氧事件层ΣREE增加30%,Ce和Eu含量分别增加40%和114%;富氧沉积层ΣREE明显增加,其中以Eu含量增加107%最为明显,Ce增幅最小,表现为相对亏损。缺氧沉积稀土元素分布型式为Ce和Eu富集的右倾型,富氧沉积分布型式以Ce亏损和Eu富集为特征。Ce异常显示缺氧事件期间为稳定而持续的低溶解氧还原条件,而富氧事件由古海洋瞬间的氧化事件和逐渐趋于正常状态的氧化条件两个阶段组成。