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全球环境和气候的变化直接关系人类的生存和发展,作为影响全球变化的一个非常重要的因素:CO2浓度的升高所导致的温室气候,随着社会的发展和人类文明的进步,越来越严重。因此研究气候变化,改善人类的生存环境的任务就更加艰巨。
海洋是全球生态环境系统的一个重要组成部分,它是一个巨大的碳库,具有潜在缓冲大气CO2增加的能力。海洋表层水中的浮游生物通过光合作用和沉降作用,将碳从真光层“泵”入深海,从而使海洋表层生产力、CO2浓度与全球气候3个环节连接起来。因此,在相当程度上,海洋控制着大气中CO2浓度的变化,海洋生产力控制着全球碳循环,并形成当今重要的能源物质——油气,从而对全球气候变化产生极大的影响。而且,形成石油的物质基础——烃源岩的发育前提正是生物的大量繁盛。因此,研究海洋生产力的变化,对于理解全球环境变迁和烃源岩勘查具有重要的意义。
中国南方从三叠纪到寒武纪具有完整的地层记录,化石种类丰富,并且沉积序列完整,沉积相分异十分显著,有利于研究不同环境背景下的海洋初级生产力水平。加上国内外学者在华南开展了大量的地层学、沉积学、岩石学和古生物学的研究,为中国南方海相地层进行古生产力研究奠定了坚实的基础。
本论文通过对中国南方十几条剖面的微量元素进行测定,运用生源元素Ni重建了四川广元二叠纪剖面的古生产力,运用Al/Ti、Ba/Ti比值重建了中国南方海相地层三叠纪——寒武纪的古生产力。得到以下结论:
1)相对于元素Cu,元素Ni重建的生产力更为可靠,因为其在缺氧环境中形成的硫化物最少。广元二叠纪剖面生产力高值出现在大隆组中部,古生产力的平均值高达478 gC/(m2·a),生产力的繁盛是由上升流所带来的丰富的营养盐所致;茅口组顶部古生产力平均值为315 gC/(m2·a);栖霞组中部古生产力平均值为200.5 gC/(m2·a),是和当时特有的季风气候条件下粉尘中输入的铁增加有关;栖霞组底部古生产力平均值为103 gC/(m2·a)。其他层位古生产力值一般低于100 gC/(m2·a)。
2)沉积物中Alxs和Baxs的含量主要受岩性的影响,随着沉积物中泥质成分的增加,Alxs和Baxs均成倍的增加,Alxs和Baxs并不能反映真实的生产力的变化。
3)运用Al/Ti、Ba/Ti比值重建的中国南方三叠纪——寒武纪海洋生产力研究发现:在空间上,生产力的变化和现代海洋非常类似,生产力随着离岸距离的增加而减小,主要受到营养盐含量的控制。相对于水深较大的Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ生境型,水浅的Ⅱ和Ⅲ生境型的生产力变化幅度更大,说明其受环境变化的影响更为显著。在时间上,在Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅳ1三种生境型下,从二叠纪到前寒武,Al/Ti和Ba/Ti比值都显示出递减的趋势,而且最高值都出现在二叠纪,反映出二叠纪整体生产力最高,早三叠纪生产力较低,中三叠纪以后生产力得到明显提高,二叠纪以后生产力依次递减,前寒武和寒武纪整体生产力最低,石炭和泥盆纪的生产力介于中间,这也和前人的研究结果较为一致。而且在Ⅱ2生境型下这种变化更加明显。这可能是和Ⅱ2生境型下生产力本身较高,对环境的变化更加敏感,不同时代下的变化更加明显。