海洋锶的来源及同位素均一化

1.海洋锶的来源

海洋锶主要有3个方面的来源:一是海底火山喷发，带入的幔源锶，以⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值低为特征，其平均值估计为0.7040±0.002(也有人采用0.7035);二是大陆壳古老硅铝质岩石化学风化进入海洋的壳源锶，这种锶的同位素比值较高，平均比值估计为0.720±0.005(也有人采用0.7119);三是海相碳酸盐的重溶，其锶同位素比值居中，估计为0.708±0.001，对海洋锶同位素组成的影响不甚明显。某一地质时期海相碳酸盐的锶同位素组成，实际上是反映幔源锶、壳源锶和海相碳酸盐的重溶进入海洋中的锶所建立起的动态平衡。地壳稳定时期，大陆壳古老硅铝质岩石化学风化(锶同位素平均值为0.720左右)来源的锶在海洋中占优势，锶同位素比值升高;地壳变动时期，构造运动剧烈，海平面变化，大陆裂解，火山喷发，幔源锶大量进入海洋，海相碳酸盐锶同位素比值大幅度降低。二叠纪是地壳演化过程中最不稳定的时期，全球性的构造运动和火山喷发频繁发生，导致海相碳酸盐的锶同位素比值降至最低。海相碳酸盐锶同位素的时代效应与海相碳、硫同位素有类似的变化规律趋势。

如果海洋⁸⁷Sr/⁸⁸Sr比值确认是受海底火山活动带入的幔源锶、大陆壳古老硅铝质岩石化学风化进入海洋的壳源锶和海相碳酸盐重溶提供的锶控制，利用如下方程，可估计出各部分锶贡献的比例:

同位素地球化学

分别代表海洋、年轻火山岩、古代硅铝质岩石和海相碳酸岩的⁸⁷Sr/⁸⁸Sr比值，sw、v、s、m分别代表海洋、年轻火山岩、古代硅铝质岩和海相碳酸盐贡献给海洋锶的分数。利用他们的平均⁸⁷Sr/Sr⁸⁸比值，可获得

同位素地球化学

估计自二叠纪以来，海相碳酸盐化学风化贡献给海洋的锶大约在0.6～0.8之间;海底玄武岩浆的喷发贡献的锶小于0.4，可能接近0.25～0.1;古老硅铝质岩石贡献的锶小于0.1⁵(0.15～0.1)。

应用海洋⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值对时间的变化，去推断控制相关通量变化的地质作用。这一方法的潜力被过程中不同通量的贡献和同位素组成的不确定性所限制。

图6－6是在现代地球化学循环中不同来源的Sr及其同位素组成对海洋锶贡献的简略评估。

图6－6 现代地球化学循环对海洋Sr的贡献(单位:Sr的mol数量/年)及其对同位素组成的影响(据Banner，2004;Holland，1984;Palmer和Edmond，1989;Davis等，2003)

2.海洋Sr同位素“均一化”

上述表明，海洋Sr是多源混合的，并且不同源区的Sr同位素组成又有明显的差异，这些不同同位素组成来源的Sr，能否在进入海洋后在一定的滞留时间内达到均匀混合，即实现Sr同位素完全“均一化”，是海洋Sr同位素研究的关键。

海洋Sr同位素均一化是通过对现代海洋研究来确定的。各种同位素组成的锶以不同通量输入海洋而混合，最后实现Sr同位素均一化(图6－7)。在大陆物质输入的河口，锶输入通量很小一点变化就容易被发现(Ingram和DePaolo，1993)。海洋Sr同位素均一化取决于Sr在海洋中滞留的时间。海洋Sr滞留时间是由输入和从海洋储库中移出的数量决定的。Sr在海洋中的滞留时间为5Ma，它代表Sr原子在海洋中平均停留的寿命，相当于海洋中锶的一次消耗。然而，Sr滞留时间可能会有变化，特别是在海平面下降期间，富Sr文石碳酸盐地台的暴露和风化剥蚀输入速度加快会引起相应的变化(Stoll和Schrag，1998)。这种情况对滞留时间的影响估计在2Ma范围内。在地球历史时期内海洋热盐对流速度比现今更缓慢时，海洋水混合时间更长(Broecker，1997，1999)。因此，不同地质时期海洋Sr同位素组成记录着不同来源Sr通量的变化。

瑞典地质学家Wickman(1948)指出，锶在海水中的平均滞留时间(≈5×10⁶a)大大长于海水的混合时间(≈1.5×10³a)，因而任一时代全球范围内海洋锶同位素组成是相对均一的。

图6－7 不同来源Sr同位素可变性比较(据Banner，2004)