陈　萍　方念乔　胡超涌

(1. 安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001；2. 中国地质大 学海洋学院，北京 100083)

摘 要：通过对东北印度洋MD77181和MD81349岩芯近260 Ka以来浮游有孔虫獹lobigerinoides sacculifer壳体Sr/Ca值的波动分析，讨论了 冰川旋回中古气候和环境的变化对海水中Sr/Ca值的影响。结果表明，冰期内海平面下降带 来的诸多因素是促进东北印度洋区域的海水中Sr/Ca值升高的原因。有孔虫壳体Sr/Ca值的变 化能够作为指示冰期川旋回，尤其是海平面变化的替代性指标。

关键词：浮游有孔虫壳； Sr/Ca值；海平面；冰川旋回

Sr/Ca Ratio of Foraminifera Shell Response to theChange of Sea Level with Glacial-interglacial Cycles CHEN Ping1,FAN G Nian-qiao2,HU Chao-yong2

(1. School of Earth Science and Environmental Engineering, Anhui Univ ersity of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. Marine Institu te, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract:Changes of Sr/Ca ratios in shell of planktonic foraminif era 獹lobigerinoides sacculifer in two cores, MD77181and MD81349, from the NE Indian Ocean were analysed and the influence of palaoclimate and environment ch anges with glacier gyration on Sr/Ca ratio in seawater was discussed. The result s show that many factors caused by sea level dropping were responsible for high Sr/Ca ratio in seawater during glacial age. The Sr/Ca ratio of planktonic forami nifera shell can serve as a indicator for the glacial-interglacial cycles, part icularly for the change of sea level.

Key words: foraminifera shell;Sr/Ca ratio;sea level；glacial -interglacial cycles

通常认为Sr是海水中稳定的元素，大洋中平均滞留时间5.1×106 年，只有在百万年尺 度上Sr在海水中浓度变化的幅度才是有意义的。然而随着测试手段和测试精度的提高，许多 学者对现代大洋Sr浓度的空间变化以及不同地史时期，尤其是第四纪以来，记录在生物壳体 中Sr/Ca值的变化的研究表明，大洋中海水Sr/Ca值在冰期-间冰期旋回的几十万年尺度上的 变化是显著的。碳酸钙沉积速率、河流输入量和海平面变化作为影响因素采用数值模拟的方 法研究第四纪近150ka以来海水中Sr/Ca值的变化表明，第四纪冰川旋回中海平面变化带来海 水Sr/Ca变化的平均幅度可达3%［1］ 3 539-3 543。在对赤道印度洋有孔虫壳体Sr/ Ca的研究表明，海水中Sr/Ca值在冰期-间冰期旋回中变化幅度比预计要大，可达5%［2 ］。对现代太平洋和大西洋海水中 Sr浓度和Sr/Ca值变化的系统样品测试和分析表明，Sr 浓度和Sr/Ca值无论平面空间范围还是垂向的深度范围都有较显著的差异，尤其表层海水中S r和Sr/Ca受多种因素（陆地河流和风力输入、岸边文石重结晶作用等）影响显著波动幅度大 ,表层海水Sr的滞留时间仅为(0.058～7)×105万年，比平均Sr在海水中滞留的时间至少低 1个数量级［3］629。由此可见，表层水体中Sr浓度及Sr/Ca值的变化，在冰川旋回的 几万～几十万年时间尺度上，可作为海水化学对古气候与环境变化响应的指标。

1 海水中Sr与有孔虫壳体Sr/Ca

大洋中无机和有机成因的CaCO₃结晶时，少量的Sr2＋可取代Ca2＋进入晶体 格架,其中CaCO₃晶体中Sr/Ca值与水体中Sr/Ca浓度呈明显的正相关。现代养殖实验表明 有孔虫壳体生长时其CaCO₃硬体中Sr/Ca值主要受水中Sr/Ca值的控制［4-5］

［Sr/Ca］有孔虫=DSr×［Sr/Ca］海水。

式中：DSr为有孔虫壳体中Sr/Ca值与其生长海水中Sr/Ca值的配比系数。同时，一系 列的养殖实验还证实， 浮游有孔虫壳体的DSr值比无机成因方解石中DSr值更 大， 前者大约为0.16， 后者为0.03～0.12［6］。显然浮游有孔虫壳体中Sr/Ca值对 海水中Sr/Ca值变化的反映更为灵敏，适合作为研究古海水中Sr/Ca值变化的替代性指标。自 Graham等首次将第四纪浮游有孔虫壳体Sr/Ca变化与海水中Sr浓度波动及古气候与古环境变 化联系起来以来，对深海沉积记录中有孔虫壳体Sr/Ca值的研究，逐渐引起人们的注意。

2 有孔虫壳体Sr/Ca值变化特征ケ敬窝芯炕竦昧硕北印度洋MD77181和MD81349岩芯，岩芯位置如图1所示。有孔虫壳体Globi gerinoides sacculifer的Sr/Ca值，样品处理及测试过程见参考文献［7］。将两岩芯样品S r/Ca随深度（年龄）变化曲线与δ18O曲线对比（见图2）可见Sr/Ca的变化与代表 了第四纪晚期环境特征的各氧同位素期次有一定的对应性，较明显地表现为冰期时Sr/Ca升高而间 冰期Sr/Ca降低的特点。 尤其是MD77181岩芯， Sr/Ca波动幅度大， Sr/Ca最高值为1.52×1 0-3，最低值为1.27×10-3，平均值为1.40×10-3，相对平均值的变化率为 8.40％～ -7.41％，变化幅度为15.81％。其中Ⅱ期和Ⅵ期Sr/Ca高值突出，Ⅲ期内Sr/Ca波 动较频繁，且总体偏高；MD81349岩芯，Sr/Ca总变化幅度小于MD7718， 最高1.44×10- 3， 最低1.27×10-3， 平均1.37×10-3， 相对平均值的变化率为6.54%～-7.21％，变化幅度为13.75％，其中Ⅱ期高 值突出，平均1.41×10-3，而Ⅵ期Sr/Ca值与Ⅲ、Ⅳ期相近但明显高于Ⅴ期（见图2） 。

图1 岩芯位置图

图2 MD77181和MD81349岩芯Sr/Ca与δ18 O变化对比图3 Sr/Ca变化对冰川旋回的响应

冰期-间冰期的气候旋回是控制全球海平面变化的直接因素。采用多因素参数模拟的方法， 分析了150 ka以来海平面变化带来的海水中Sr/Ca值变化，结果表明正是陆源碎 屑量的增大与同期CaCO₃沉积通量的增大、海岸暴露条件下文石的重结晶，放大了海水中S r/Ca值的变化幅度［1］3 543-3 545。从本次研究区约260 Ka以来的浮 游有孔虫壳体Sr/Ca值的变化可见，Sr/Ca值从高海平面的暖期向低海平面冰期过渡几乎都是 升高的，各氧同位素期次中代表冰期的Ⅱ～Ⅳ、Ⅵ期的平均Sr/Ca值均高于代表暖期的Ⅰ、 Ⅴ期。虽然MD81349岩芯Ⅳ、Ⅵ期平均Sr/Ca值略低于Ⅰ期但明显高于相邻的Ⅴ期，且氧同位 素Ⅵ期的Sr/Ca高值点较为突出（见图2）。两岩芯的Sr/Ca值波动趋势总体受到了冰川旋回 中海平面升降的控制。

冰期时随着海平面下降海岸线向大洋推进，陆源碎屑物质通过河流和地下水得以更多地泻入 大洋。此时研究区注入东北印度洋孟加拉湾的恒河、普拉马普特拉河途经喜马拉雅山系两麓 ，携带了大量山系乃至青藏高原的风化产物。现代研究表明，青藏高原隆升岩体的剥蚀是全 球大洋Sr的重要来源，上述两河每年带入大洋的溶解Sr占全球河流输入总量的2.7%［8 ］。研究区MD77181岩芯Sr/Ca值变化幅度大正是由于其地理位置更靠近海岸（见图1）， 从而表现出对陆源输入产生更为灵敏的响应。同时，冰期的到来，对太平洋式碳酸盐溶解旋 回的区域来说，海水中CaCO₃沉积通量增大，加速了海水中Ca的输出速率，结果也将导致 海水中Sr/Ca值相应升高。研究区东北印度洋属于冰期CaCO₃沉积通量增加的海域［9 ］，本次研究将MD77181岩芯Sr/Ca值与该岩芯沉积通量变化曲线相对比（见图3），可见 陆源沉积通量高且CaCO₃沉积通量大的Ⅱ～Ⅳ期及Ⅵ期对应了Sr/Ca值的最高值区。结果必 然加剧了这一时期Sr/Ca值的升高。

现代研究表明沉积于近岸浅水下的文石质珊瑚硬体和某些钙藻中Sr含量远远高于方解石质的 碳酸钙沉积［10］，冰期时海平面下降带来了近岸海域的大范围出露，使富Sr的文石 大量暴露出水面，由于文石在大气环境中是不稳定相矿物，很快会发生重结晶而转变为方解 石，这时重结晶形成的岸边方解石中Sr/Ca值比原来文石中Sr/Ca值低75%～90%［11］ ，在此过程中释放出的大量的Sr经过河流和地下水作用又迅速返回大洋，尤其增高了近岸表 层海水的Sr/Ca值。

在一些特殊地区，除地表水和地下水作为Sr传输媒介外，风力给大洋带入的Sr元素，有时也 非常可观。如现代北非西海岸大西洋表层水中Sr、Fe、Al等微量元素浓度的偏高很可能是西 风将沿岸撒哈拉沙漠中剥蚀的元素带入的结果［3］632。研究区东北印度洋地处南亚 季风的控制区，冰期时，较强的东北季风自亚洲大陆吹向孟加拉湾，也是增加海水尤其是表 层海水Sr含量的不可忽略的因素。MD77181岩芯氧同位素Ⅵ期Sr/Ca值明显升高,该阶段不仅 陆源输入量增大，且粒度偏细（粒径小于3.9 μm的颗粒较为突出），很可能是 风力输送增强的表现（见图3），表明冰期东北季风在研究区的增强也是提高海水Sr/Ca值的 因素之一。

图3 MD77181岩芯沉积通量与Sr/Ca值变化对比图

4 结论

冰川旋回带来的海平面变化是海水中Sr/Ca值波动的主控因素，进而导致有孔虫碳酸钙硬体 壳质中Sr/Ca值的相应变化。冰期内海平面下降，诸多因素的影响，如近岸文石的暴露和重 结晶、海洋CaCO₃沉积通量的增大、河流，陆源输入量的增多等，都是促进东北印度洋区 域的海水中Sr/Ca值升高的原因。同时该区内冰期强化的东北季风也是带来海水中Sr/Ca值升 高的因素之一； 而间冰期则相反，由于海平面的上升，暴露的海岸重又浸入海水，文石得 以保存，海洋CaCO₃ 沉积通量降低，陆源物质输入量减少，以及东北季风减弱一系变化导 致了Sr/Ca值相对下落的结果。有孔虫壳体Sr/Ca值的变化能够作为指示冰期川旋回，尤其是 海平面变化的替代性指标。

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(责任编辑：宋晓梅)