地球科学原理之十八 火山喷发和地震造成δ13C变化的证据

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1.1黄铁矿形成的证据

    黄铁矿，是硫和铁在还原环境下形成的化合物。在碳酸盐岩帽及其附近，有时会有这种矿物大量出现，冰川期形成的冰川规模越大，这种矿物越多（杨瑞东等，2003；张启锐等，2002；Wright, et. al., 1987）。这说明，在冰川形成过程中，曾有过强还原环境存在。从地球演化早期至今，强还原环境，都是由地球去气气体造成的。地球去气时，大量的氢、硫化氢等强还原性气体的排出，是造成这种强还原环境的主要因素。随火山喷发形成的热液为强酸性液体，溶有大量铁等矿物元素。当这些矿物元素和去气作用产生的硫化氢化合，就形成黄铁矿等硫化物矿床。这说明，冰川形成过程中，地球曾有过强排气作用。这也说明，碳酸盐岩帽中的δ13C强烈负漂移，是由于火山喷发引起的地球去气作用造成的。

1.2微量稀土元素的证据

  δCe通常作为古海洋氧化-还原条件的示踪剂（Wright, et. al., 1987）。对上扬子区新元古宙南沱冰期后碳酸盐岩帽（贵州铜仁和湖南大庸）的δ13C和δCe进行测定发现，碳酸盐岩帽下部δ13C值低，往上δ13C值逐渐向正迁移。碳酸岩盐帽的下部（和冰碛直接接触）含黄铁矿泥灰岩、薄层白云岩的δ13C为-7.06~-3.27‰，δCe为-0.04~0.069，表示它们为弱还原-弱氧化环境下形成的产物。上部的中-厚层纹层白云岩的δ13C为-3.58~-0.13‰，δCe为-0.22~-0.105，说明形成于氧化环境（杨瑞东等，2003）。这就证明，碳酸盐岩帽里的δ13C强负值（-7.06~-3.27‰），是在还原条件下形成的。δ13C由负值向正值漂移的过程，就是由还原性环境向氧化性环境转化的过程。这说明，δ13C的强负漂移，的确是火山去气作用形成的。



1.3造山作用的证据

  每一次冰川的形成和消融，都会引起相应的造海和造山作用，冰期旋回，总是和造山旋回一致（龚一鸣，1997；汪品先，2002）。通过以上的分析（见图1和图2），我们知道，在冰川形成时，会引起造海作用；在冰川消融时，会引起造山运动。所以，和冰川旋回一致的造海和造山运动，都是由于冰川的形成和消融引起的。这间接证明，我们以上的推论是正确的。也证明，碳酸盐岩帽中的δ13C的负漂移，是由于火山喷发引起的。

1.4碳系统演化的证据

  从表1可见，地球上，现已沉积了6×107Gt碳酸盐岩、1.5×107Gt矿物有机物(干酪根Kerogen,占80-90%)。地球形成的早期，没有碳酸盐岩沉积。太古宙晚期，开始有少量碳酸盐岩沉积。大量碳酸盐岩的沉积，是从元古代以后开始的。所以，这巨量的碳酸盐岩和矿物有机物，都是由CO2逐渐转化来的。若构成这巨量的碳酸盐岩和矿物有机物的碳，在地球演化早期（碳酸盐岩形成前），就存在于地球的原始大气中。由于温室效应，地球的温度肯定远高于现在的金星，会在500℃以上。地球上根本就不会有生命演化和存在。既然现在地球上有生命演化，这说明，形成巨量碳酸盐岩和矿物有机碳的CO2，肯定是后来逐渐从地球内部排出的。即地内系统，不断地将地内含δ12C较多的CO2补充在地表系统里。火山喷发和地震，是地球排气的主要方式。所以，现在地球上巨量的碳酸盐岩和矿物有机物，是由火山喷发和地震逐渐排出的CO2形成的。而甲烷渗漏和生物量变化，只会造成地表碳再循环，不会造成地表系统里的碳的绝对量逐渐增加。甲烷渗漏和生物量变化造成冰期旋回中碳δ13C的规律性变化，与地史资料不符。所以，冰期旋回中碳δ13C的规律性变化，肯定是由火山喷发和地震等地球去气作用造成的。

  上面我们论述了地球化学方面的证据，那地球物理学方面，还有哪些冰川地质作用的证据呢？且听下回分解。

未完，待续。

下回预告：地球科学原理之19  板块假说的问题及人类对岛弧的认识过程

参考文献：

龚一鸣. 重大地史事件、节律及圈层耦合. 地学前缘, 1997, 4(3-4): 75-84

杨瑞东，王世杰，董丽敏，姜立君，张卫华，高慧. 上扬子区震旦纪南沱冰期后碳酸盐岩帽沉积地球化学特征. 高校地质学报,2003, 9(1): 72-80

汪品先. 气候演变中的冰和碳. 地学前缘, 2002, 9(1): 85-93

张启锐，储雪蕾，张同钢，冯连君. 从“全球冰”到“雪球假说”—关于新元古代冰川事件的最新研究. 高校地质学报， 2002，8（4）：474-481

Wright J, Schrader H, Holser W T. Paleoredox variations in ancient oceans recorded by rare earth elements in fossil apatite. Geochim. Cosmochim. Acta., 1987, 51: 637-644



（注：本“地球科学原理”系列，是根据廖永岩著，海洋出版社（2007年5月）出版的《地球科学原理》一书改编而来，转载者请署明出处，请不要用于商业用途）

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