1樓：小松部落格
2 海洋鍶同位素組成的演化
現今，海水中鍶的平均濃度大約為8 mg/l, 87 sr/ 86 sr值為0.7093±0.0005 〔30〕 ,是海水中最富集的微量元素之一。
海水中鍶的存留時間是3
ma（richter等，1993），比海水的混合速率（約10 3 a）要長得多 〔30〕 。海水中的鍶主要以海相自生碳酸鹽及部分磷酸鹽、硫酸鹽和其它鹽類礦物的形式存在，其中，海相自生碳酸鹽礦物的 87 sr/ 86 sr值反映了礦物沉積時海水的鍶同位素組成特徵，真實而連續地記錄了海洋鍶同位素組成的演化歷程。諸多研究結果表明，40
ma以來海洋sr同位素比值明顯地上升了 〔31～34〕 。
2.1 鍶同位素的地球化學性質
鍶有4個穩定的同位素： 88 sr、 87 sr、 86 sr和 84 sr。其中， 87 sr是 87 rb天然衰變的產物，其半衰期為48.
8ga。rb與k晶體化學性質相似，常以類質同像方式進入鉀長石、黑雲母等矽酸鹽礦物中；sr與ca的晶體化學性質相似，常取代斜長石、磷灰石及碳酸鹽等含鈣礦物中的ca 〔35〕 。地質體中 87 sr/ 86 sr值的大小取決於它們的rb/sr值和年齡。
由於rb、sr性質的差異，導致不同的岩石、礦物及其不同的風化階段具有不同的rb/sr值，而不同的rb/sr比或/和年齡的不同，則決定了其特定的 87 sr/ 86 sr值 〔49〕 。另外，與h、c、o、s等同位素不同的是，sr同位素不會由於物理化學風化和生物過程而發生分餾 〔36〕 。
2.2 海洋鍶同位素組成的演化特徵
早在2023年，wickman就提出由於地殼中 87 rb的衰變，海水中鍶同位素的組成應該隨時間單調增加，而且僅是時間的函式。但是，2023年gast對已知年齡的海相碳酸鹽巖的鍶同位素測定結果表明海水 87 sr/ 86 sr值的變化速率遠小於wickman的估計值，並指出wickman過高估計了地殼rb/sr值。palmer等 〔33〕 測量了整個顯生宙海相石灰岩的 87 sr/ 86 sr值，發現所得結果並不是很系統地增加，而是呈現出不規則的曲線變化，並於前寒武和現在具有最大值，而在二疊紀末—三疊紀初具有明顯的最小值。
martin等 〔37〕 對中二疊紀到三疊紀的海水進行了 87 sr/ 86 sr
值測定，並得出了在晚二疊紀比值增加的速率是0.000097/ma，此速率大約比過去40
ma的平均增長速率大了2.5倍，大致等於整個新生代的最大增長速率，而且這一增長僅是發生在較短的時間內。edmond 〔34〕 指出，在過去的500
ma中，海洋鍶同位素組成隨時間的演化呈現一個不對稱的波谷形狀。其最高值在寒武紀和現在（0.7091），最低點在侏羅紀（0.7067），其上疊加一些小的**，而且在過去的100
ma中，其值呈現出明顯的單調增長趨勢。
richter等 〔38〕 2023年對100 ma以來海洋 87 sr/ 86 sr值演化的研究結果表明，100～40
ma海洋 87 sr/ 86 sr值變化不大或略有下降。但自40 開始至今海洋 87 sr/ 86 sr
值一直持續上升，在約20～15 是海洋 87 sr/ 86 sr值上升最為迅速的時期，並將其歸因於由印度—亞洲板塊碰撞引起的大陸河流向海洋輸入sr的通量的增加。palmer等 〔39〕 對dsdp第21和375鑽孔75
以來有孔蟲的 87 sr/ 86 sr值測定結果顯示了其總體增加的趨勢，並於約10～20
具有最大的變化速率(4×10 -5 /ma)。2023年，hodell等 〔40〕 又測量了從24
至今的261個樣品的鍶同位素比值。其變化曲線可以看成是由一系列斜率不同的線形部分組成的，其斜率最大值為6×10 -5 /ma，最小值接近於零。他們認為，在晚第三紀期間海水鍶同位素比值由0.
7082上升到了0.7092，但其變化速率不是常數，而是一系列變化值。其中，在早中新世（24～16
）、中新世末期（5.5～4.5 ）和晚上新世—更新世（2.5～0 ）期間具有相對快速的增長；從中中新世到晚中新世初期（16～8
），同位素比值具有中等程度的增長；而8～5.5 和4.5～2.5 同位素比值變化很小或沒有變化。hodell等 〔41〕 對晚第三紀（9～2
）海洋鍶同位素組成變化的研究結果如下：在9～2 之間海洋鍶同位素組成呈現出增加趨勢並伴隨著幾個不同的斜率。9～5.5
， 87 sr/ 86 sr值幾乎保持在常數約0.708925。5.5～4.5 ma
bp， 87 sr/ 86 sr值約以1×10 -4 /ma的速率線性增長。在4.5～2.5
之間， 87 sr/ 86 sr值的變化速率逐漸減小直至為零，並最終將比值保持在0.709025。capo等 〔42〕 對海洋碳酸鹽樣品的測量結果表明，在過去的2.
5ma中海水 87 sr/ 86 sr值增加了14×10 -5 ，而且各個時段的增長速率不相同。這樣高的平均變化速率表明大陸風化速率是相當高的。而增長速率的不一致性則反映了風化速率的波動（相對於當今值而言，其變化率高達±30%）。
dia等 〔31〕 分析了近30 ma以來海洋sr同位素比值的記錄發現在這一逐漸增長的sr同位素變化之上疊加了一個週期為10
ma的高頻**，而這一週期性變化與地球軌道引數的週期性變化相一致。clemens等 〔32〕 測定了45
ma以來海水sr同位素比值，並且指出其最大、最小值分別與大陸冰量的最小、最大值相一致。但這些高頻變化與sr
在海水中存留時間長的矛盾是難以得到解釋的。如果這些冰期—間冰期的sr
同位素變化是全球性的話，那麼我們就必須重新考慮sr
在海洋中迴圈的動力學機制。
另外，需要指出的是，由於測試樣品的不同或海底測試位置的不同，所得sr同位素比值也可能不同。hodell等 〔43〕 對海底深鑽的不同位置（289孔、558孔和747孔）的研究表明，由於海底不同位置的沉積速率不同，因而它們所反映的海水鍶同位素組成的變化曲線也有所不同，例如，hodell
等認為dsdp 289孔的sr同位素變化曲線上在約20 處有一拐點，而對於dsdp
747孔，oslick等認為曲線上從22.5～15.5 是一條直線。對於dsdp 558孔和dsdp
747孔，同樣的不一致性也存在於從14～9 ，前者所反映的 87 sr/ 86 sr值都比後者要低，而且並非呈線性相關。
3 海洋鍶同位素組成變化的影響因素
海洋中的sr主要有以下幾個方面的** 〔33,44〕 ：①以河流輸入為主的地表徑流輸入，其 87 sr/ 86 sr值平均為0.7119；②地下水輸入，其sr同位素平均組成與地表徑流相似；③洋殼—海水相互作用通量，包括洋中脊高溫熱液區作用以及洋脊兩側和冷洋殼區低溫水—巖反應，其sr同位素平均組成約為0.
7035±0.0005；④洋底沉積物重結晶而釋放或以孔隙水釋放到海水中的sr，其sr同位素平均組成為0.7084，與海水的 87 sr/ 86 sr值接近。
這樣，海水sr同位素組成主要受大陸河流的sr通量和來自海底熱液的sr通量的影響。
palmer等 〔39〕 通過對定量的鍶的地球化學迴圈模型研究得出如下結論：儘管海底熱液和海相碳酸鹽的迴圈對海水鍶同位素比值的變化起著十分重要的作用，但是在整個新生代期間，大陸矽酸鹽的風化已經成為控制其變化的主要因素。對 87 sr/ 86 sr值變化的控制因素的研究表明，河流是海洋鍶的主要供給者，其中約75%的鍶來自隆起的灰巖的風化，其餘部分則來自矽酸鹽的風化。
海相碳酸鹽通過孔隙水為底層海水提供一定量的迴圈鍶，還有較小部分的海水鍶來自沉積碳酸鹽的溶解。另外，通過海底熱液，海水與海底玄武岩也發生鍶同位素的交換，但是，在此過程中沒有鍶含量的明顯變化。
hodell等 〔40〕 對從24 至今的261個樣品的鍶同位素比值測定結果表明，影響同位素比值變化的因素不能歸結為簡單的地質現象，而可能是由於構造和氣候因素綜合作用的結果。這兩者的綜合效應影響了由大陸輸向海洋的鍶丰度和鍶比值，而且其所得海洋鍶同位素記錄與晚第三紀期間大陸化學風化速率的逐漸增強相一致，同時也可能與冰期旋迴、海平面下降造成的大陸剝蝕面積的增加及由快速構造隆升導致的大陸地勢起伏的加強有關。
raymo等 〔45〕 提出，影響海洋sr同位素比值明顯上升的原因有2種：①大陸河流排放的放射成因sr通量的上升；②海底熱液活動的減少。現今海底熱液的sr通量為1.
0×10 10
mol/a， 87 sr/ 86 sr值平均為0.7035；大陸河流每年排放入海的sr通量是3.3×10 10
mol/a， 87 sr/ 86 sr值平均為0.7119。這樣，由海底玄武岩的熱液蝕變而每年進入海洋的sr通量約為大陸河流排放入海的sr通量的1/4 〔33〕 。
有一個為多數人接受的推測，即海底熱液活動是海底擴張速率的函式。如果熱液蝕變進入海洋的sr總量的變化正比於新洋殼產生的速率，那麼，由海底玄武岩的熱液蝕變而每年進入海洋的sr總量自白堊紀以來已減少了40%，但是這個變化在時間累計上不足以解釋過去40
ma以來海洋sr同位素比值的明顯上升(richter 等,2023年) 〔38〕 。這樣，40
ma以來海洋sr同位素比值上升的原因只能歸結為大陸河流排放的放射成因的sr通量的增加。為了進一步論證這個結論，richter
等 〔38〕 證明了以下4點：①brahmaputra、ganges、indus及青藏高原地區河流的sr通量的總和與過去40
ma以來海水sr 濃度及 87 sr/ 86 sr值的上升在數量級上相一致；②在印度—亞洲大陸碰撞前，河流的sr通量變化很小，而緊接著碰撞以後河流的sr通量則保持了持續的增加；③自碰撞以來喜馬拉雅及青藏高原的剝蝕提供了足夠的sr，這解釋了自碰撞以來河流sr通量的增加；④河流sr通量變化的顯著特徵，即開始於20
的一個短期脈衝式增加與喜馬拉雅地區高速剝蝕在時間上相一致。copeland等 〔46〕 對孟加拉扇形地區碎屑鉀長石的 40 ar/ 39 ar年代測定顯示，在中新世中期，喜馬拉雅碰撞區遭受強烈的脈衝式隆起和剝蝕，而且部分地區的快速剝蝕貫穿整個晚第三紀，它與richter等 〔47〕 對**南部岡底斯帶的quxu
pluton的研究揭示出的一個迅速的侵蝕時期(約在20～15 )的時代相符。zeitler 〔48〕 發現，喜馬拉雅山西部去頂速率的增加開始於約20
。因此，可以認為海洋 87 sr/ 86 sr值在約20～15 上升最迅速是對青藏高原在一個短時期內迅速侵蝕的去頂事件的響應。
由以上分析和論證可有如下認識：在印度—亞洲大陸碰撞以前，進入海洋的放射成因sr通量變化很小，而在印度—亞洲大陸碰撞之後，進入海洋的放射成因sr通量有很大的上升，並表現為 87 sr/ 86 sr值的持續上升，而這一時期青藏高原的強烈隆升和快速侵蝕為海洋 87 sr/ 86 sr值的上升提供了足夠的放射成因sr。
結 語40 以來，海洋鍶同位素比值明顯地上升了，對於其引發機制國內外學者進行了多方面的研究與探索，但至今仍未得出肯定結論。隨著構造隆升驅動氣候變化假說的提出，將青藏高原的隆起與全球氣候變化、大陸化學風化速率及海洋鍶同位素組成的演化緊密聯絡為進一步認識和明確青藏高原隆升的時代、幅度和形式提供了一個很好的思路和方法。隨著這一思路和方法的進一步運用和深化，我們相信關於青藏高原隆升的機制和過程及海洋鍶同位素的演化規律的科學難題定將逐漸清晰明瞭，並可為解決目前關於矽酸鹽與碳酸鹽風化的爭論提供很好的方法和手段。
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