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铁锰结壳是指一种生长于硬质基岩上的富含锰、铁、钴、铂和稀土等多种金属元素的“壳状”沉积物。水成型铁锰结壳中的各元素在剖面上的变化能够反映结壳的生长过程中周围环境的变化。通过对铁锰结壳Nd、Pb同位素的研究,可以恢复结壳生长海域新生代古海水的Nd、Pb同位素演化历史,从而示踪古海水环流、古风化剥蚀物源和风成碎屑物源、古气候等演变历史。
本文通过电子探针测定了结壳CLD01和MDD53中11种元素的含量,同时对这两块结壳的剖面从顶到底的一系列样品做了Pb、Nd同位素分析。根据电子探针的结果,采用了Manheim提出的钴含量经验公式计算得到结壳的年龄。将结壳的Pb同位素比值与北太平洋沉积物钻孔岩芯GPC3的Pb同位素对比,发现三者的Pb同位素比值虽然不同,但在年龄较老部分的演变趋势是相似的,两者底部的年龄都稍老于K—T边界。将结壳CLD01和MDD53中Pb同位素演变转折点(从下降转变为升高)校正到与岩心GPC3转折点同一年龄(K—T边界,约64.5Ma),结壳和GPC3岩芯的Pb同位素演变将是相似的。由此根据岩芯GPC3的年龄,修正得到CLD01和MDD53底部的年龄分别为74.2和81.2Ma,这与我们最近研究的取自中北太平洋的其它几块Fe—Mn结壳的年龄吻合(Ling et a1.,2005),也与结壳生长地附近的海山年龄(82-87Ma,Davis et a1.,1989)相吻合,说明海山形成后不久,Fe—Mn结壳便开始生长,此年龄结果也得到了中太平洋结壳(CD29-2)Os同位素年龄的支持(Klemm,2005),该结壳Os同位素地层学年龄为75Ma左右。经过年龄校正后,结壳CLD01和MDD53的Pb同位素与结壳CD29-2的Pb同位素演化趋势是一致的,也支持年龄是相近的。
本研究得到了整个新生代中太平洋结壳中Pb、Nd同位素的演变曲线,并且阐明了影响新生代海水种Nd、Pb同位素组成的主要因素。对比结壳和岩芯GPC3的Pb、Nd同位素演化,表明风搬运的粉尘是中太平洋深水溶解的Pb的主要来源。太平洋中的Pb是由来自大陆粉尘的放射成因Pb和来自火山弧的风化产物的非放射性成因Pb混合形成的,两种成分的量都随时间变化。60Ma之前,北美大陆粉尘是太平洋Pb的主要来源,而从40Ma开始,亚洲大陆粉尘对Pb总量的贡献越来越重要。在55Ma左右大约10-15Myr期间,火山弧的风化产物对Pb的贡献最为明显。北部中心太平洋结壳Pb同位素演化主要反映了输入该区的粉尘的Pb同位素演化,因此与粉尘物源区演化及气候演化有关。风成粉尘对中北太平洋深水中的Nd的贡献可以忽略。新生代太平洋边缘火山岩侵蚀作用加强,导致中太平洋εNd值升高。