制约海洋锶同位素变化的主要因素

1.洋中脊热液活动

随着海底扩展速度的加快，洋中脊热液活动加剧，地幔来源的低⁸⁷Sr/⁸⁶S值的锶大量进入海洋。与此同时，急速的扩张导致海平面升高，大陆壳风化剥蚀速度降低，高⁸⁷Sr/⁸⁶S比值的陆壳锶带入海洋的量也会相对减少(Bralower等，1997;Jones和Jenkyns，2001)。这种复合叠加作用使得侏罗－白垩纪期间海相沉积中，低⁸⁷Sr/⁸⁶S值的特征更为突出。海底扩展速度加快的同时，去气作用会使更多CO₂进入海洋－大气圈系统。在侏罗－白垩纪期间海相沉积中低⁸⁷Sr/⁸⁶S值占优势，与这一时期海底扩张和洋壳的生成情况相一致(Jones等，1994;Jenkyns等，1995;Bralower等，1997)。

2.造山作用和古地貌

造山作用是驱动海相沉积锶同位素组成变化的另一重要机制。造山过程伴随的变质作用，地貌变形，相对老的的岩石隆升、裸露，使得物理、化学风化的速度大幅度增加，高⁸⁷Sr/⁸⁶S比值的大陆壳物质通过河流大量进入海洋。新生代喜马拉雅山的抬升，造成这一时期海相沉积锶同位素组成不断升高(Raymo等，1988;Raymo和Ruddiman，1992;Edmond，1992;Richter等，1992;Raymo，1994;Derry和France－Lanord，1996)。显生宙和前寒武纪的造山事件，同样存在类似的变化(Rayno，1991;Asmerom等，1991;Derry等，1994;Montanez等，2000)。

3.气候变化

气候变化，特别是全球性气候变化，对于大陆壳的物理、化学风化速度有着明显的影响。在冰期和间冰期频繁变动时，来自新裸露的矿物表面，陡峭的山谷，地形、的貌的反复剧变，暴雨的冲刷，大大加快了风化作用的速度。这些机制的循环驱动必然强化对海洋⁸⁷Sr/⁸⁶S比值潜在的影响。大气圈CO₂含量和地球自转参数的变化是一个长期的过程，变化的周期可能是10～100Ma(Raymo，1991)，1～5Ma(Hodell等，1990)，20000～100000年(Blum和Erel，1995)及10～200年(Brantley等，1998)，它们对中、长期的气候变化直接施加了影响，从而同样会影响到河流和地下水带入海洋的锶通量，进而影响到海洋的⁸⁷Sr/⁸⁶S值。

4.海底沉积成岩作用

在成岩作用期间，海底沉积物孔隙水中Sr的释出、扩散，是海洋Sr平衡中普遍存在的一种现象。海洋Sr的平衡可能因地区、沉积速度和海底沉积作用类型的不同而发生变化(Baker等，1982;Gieskes，1983;Richter等，1992)。当海底沉积物与上覆水层具有类似的Sr同位素组成时，成岩作用释放的Sr的通量将使在整个时间内海水Sr的变化速度起到一种缓冲的作用。

5.海平面变化

海平面下降将使陆壳和海岸沉积进一步暴露，并受到更多化学活动性强的大气流体影响。最典型的是，海平面下降将使克拉通内部和大陆壳边缘的硅酸盐、碳酸盐进一步暴露(它们的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值均高于同期海水)。风化剥蚀量增加，将更多高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的锶带入海洋。在中生代和古生代地层的高频度(1～5Ma)模拟图形中(Pursell和Banner，1997)，可以观察到海平面和海洋的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值之间的反相关变化。在图6－8的海水锶演化曲线中，显示出持续了100Ma的高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr区(Hallam，1992)，与海平面下降相一致。大量的其他因素，包括构造活动和气候变化，也可能对古生代记录施加了一定的影响。

图6－8 显生宙期间海相碳酸盐、蒸发岩和生物化石的海水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化曲线(据Burck等，1982)

如果现代海相碳酸盐地台上的文石沉积物在海平面下降期间被暴露，那么，就可能出现有由高Sr含量的文石转变成低Sr含量的方解石，通过降水把多余的Sr带入到海洋。与海底沉积成岩作用相比，这可能形成一个较大的海水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr变化的反冲效应(Schlanger，1998;Stoll和Schrag，1998)。

6.海洋环流方式的转变

通过测试浅水沉积物中的Sr同位素组成和岩石学研究，可以了解保存在古代层序中的海洋热盐环流模式从混合到分层的转变(Wilde和Berry，1984;Knoll等，1996)。全球范围古海洋变化是根据二叠系－三叠系界线附近的Sr、C和O同位素急速变化提出来的(Gruszczynski等，1992)，要检验这一设想，要求有更精确的分析。像第四纪深海沉积物和冰心记录中清晰出现的海洋环流急速转变的情况那样，在古代某些时期存在着类似的变化应该较为普遍(Broecker，1997)。

7.地质灾变事件

流星冲击有可能影响全球气候变化，使大气氮受热而出现酸雨(HNO₃)，从而引起大陆壳风化剥蚀加剧，是造成短期海水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr升高的原因，如同跨白垩系－古近系的界线那样(Macdougall，1988;Martin和Macdougall，1991)。这些研究帮助我们了解为什么在白垩系－古近系界线附近存在⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化，而另一些地方却没有这种变化(Nelson等，1991;McArthur等，1998;Macleod，2001)。这些研究成果将帮助我们了解灾变事件对古环境的冲击。

了解各种因素以不同方式影响海洋Sr的同位素组成以及它们之间的相互关系，将有助于判别这些作用的相对影响。同时必须认识到，这些因素是相互链接和制约的。火山作用增加将幔源低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的锶直接输入海洋，而大陆风化剥蚀作用将增加高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的锶输入到海洋。板块构造运动及相关的火山作用可以使大气圈和海洋的CO₂增加，从而使全球气温上升。化学风化反应和水的循环加速。这些作用将会有更多的陆壳风化剥蚀的锶(相对于高于地幔的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)进入到海洋。风化剥蚀速度的增加、沉积速度加快又会将大气圈的CO₂含量降低使气候变凉(结果是风化剥蚀速度的降低)，同时潜在的冰河作用又会造成风化剥蚀速度的加快，从而有更多的陆源Sr释放并进入海洋。海洋Sr同位素组成的变化正是这些相链接的各种作用竞争效应的最终结果。