太平洋富钴结壳生长速率的综合研究

论文摘要

富钴结壳生长缓慢，每百万年仅生长几毫米，是古海洋学和全球变化研究的理想“化石”。本研究用多种测量手段和年代学方法进行了太平洋富钴结壳元素、同位素地球化学行为及生长年代学的综合研究，获得以下成果：（1）用质子激发X荧光分析（PIXE）测得结壳CAD15和MHD59中21种常微量元素的含量，并详细研究了结壳中各元素的深度分布特征及各元素间的相关关系。（2）用α能谱分析了14块结壳中U、Th同位素及231Pa比活度，根据其深度分布特征，得到太平洋富钴结壳的平均生长速率分别为3.14 mm／Ma(230Thex法)、3.32mm／Ma(230Thex／232Th法)、6.30 mm／Ma(231paex法)和1.71 mm／Ma(234Uex法)。（3）用加速器质谱（AMS）测得结壳CAD15和MHD59中的10Be／9Be比值和10Be含量，证实二者均随深度的增加而指数衰减，由此获得两结壳的生长速率分别为2.19和2.55 mm／Ma，未磷酸盐化层段的生成年代分别为26.94 Ma B．P．和19.22 Ma B．P．。（4）应用Co年代学模式与Fe、Mn含量的结核生长速率经验公式估算了结壳CAD15和MHD59的生长速率与生成年代，根据两结壳的Co含量及10Be法所得生长速率，提出修正后的新的Co年代学模式。（5） U系4种测年法所得结果均证实了西太平洋结壳的生长速率高于中太平洋。太平洋富钴结壳生长速率的水平分布呈现南部高于北部、西部高于东部。结壳生长速率与水深之间呈线性负相关关系。（6）本研究用U系4种测年法、10Be法、Co年代学及Fe-Mn经验公式共7种方法进行了太平洋富钴结壳生长速率的比较研究。结果表明，由于U同位素在结壳中的严重扩散，234Uex法最不可靠；231Paex法则由于231Pa在结壳中的比活度低及其独特的化学性质，造成分离与测定的困难，使该法应用受到限制；鉴于230Th在海洋水柱中有恒定的产生速率，加之强颗粒活性特征，使230Thex法和230Thex／232Th法成为4种U系测年法中相对可靠、同时也获得广泛应用的方法。10Be法同样是一种可靠的结壳测年法，它适合于10 Ma以内的结壳定年，而基于230Thex的两种测年法适合于53万年以内的结壳定年研究。多种测年法综合比较研究表明，这些方法各有其适用性和局限性，应根据具体情况加以选择；同时，尽可能将各种测年法综合使用，以获得更准确的测年结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 富钴结壳的人类勘探史
• 1.1.2 富钴结壳的研究意义
• 1.2 富钴结壳的国内外研究现状简述
• 1.2.1 富钴结壳的地理分布
• 1.2.2 富钴结壳类型及外部形态
• 1.2.3 富钴结壳的内部构造特征及矿物学特征
• 1.2.4 富钴结壳的元素地球化学特征
• 1.2.5 富钴结壳成矿物质来源与成因机制
• 1.2.6 锰结壳与锰结核的对比
• 1.3 富钴结壳生长年代学研究方法概述
• 1.3.1 放射性同位素测年方法
• 1.3.2 稳定同位素测年方法
• 1.3.3 与常、微量元素及稀土元素有关的测年方法
• 1.3.4 其它测年方法
• 1.4 研究目标和内容
• 1.4.1 本研究的目标和意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 研究方法
• 2.1 样品采集
• 2.2 样品描述
• 2.3 样品分层取样
• 2.3.1 长时间尺度取样
• 2.3.2 短时间尺度取样
• 2.4 放射性核素及元素测定方法简述
• 10Be的分离、纯化与测定'>2.4.1 富钴结壳¹⁰Be的分离、纯化与测定
• 2.4.2 富钴结壳中U、Th同位素的分离、纯化与测定
• 2.4.3 富钴结壳MHD59和CAD15中常微量元素的PIXE测定
• 2.4.4 富钴结壳中元素的分析测定
• 第三章 太平洋富钴结壳的质子激发X荧光分析
• 3.1 引言
• 3.2 PIXE技术的基本原理和实验装置
• 3.2.1 PIXE基本原理
• 3.2.2 PIXE技术的主要实验装置
• 3.2.3 内束和外束技术
• 3.2.4 薄靶和厚靶
• 3.3 PIXE技术的特点
• 3.4 PIXE技术在海底矿产资源研究中的应用
• 3.4.1 深海铁锰沉积
• 3.4.2 其他海底矿产资源
• 3.5 研究方法
• 3.5.1 样品靶的制备与安置
• 3.5.2 样品测量
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 富钴结壳CAD15和MHD59中元素的含量
• 3.6.2 富钴结壳CAD15和MHD59中元素的剖面分布特征
• 3.6.3 富钴结壳MHD59中元素的相关关系
• 3.7 结语
• 第四章 太平洋富钴结壳基于铀系年代学的生长速率与生成年代
• 4.1 引言
• 4.2 研究方法
• 4.2.1 采样与样品预处理
• 4.2.2 结壳样品中U、Th的分离与纯化
• 4.2.3 U、Th、Pa的测量
• 4.3 结果与讨论
• 231pa的含量'>4.3.1 富钴结壳中U、Th同位素及²³¹pa的含量
• 4.3.2 生长速率测定的公式
• 231pa的深度分布与生长速率'>4.3.3 富钴结壳U、Th同位素及²³¹pa的深度分布与生长速率
• 4.3.4 富钴结壳基于铀系年代学的生长速率比较
• 4.3.5 结壳MED48的生长速率及翻转（或滚动）时间
• 4.3.6 部分结壳生长速率的分段估算
• 4.3.7 富钴结壳生长速率的变化及可能的机制
• 4.4 结语
• 10Be的生长速率与生成年代'>第五章 太平洋富钴结壳基于¹⁰Be的生长速率与生成年代
• 5.1 引言
• 10Be的测量技术'>5.1.1¹⁰Be的测量技术
• 10Be'>5.1.2 海洋环境中的¹⁰Be
• 10Be年代学的测年依据'>5.1.3¹⁰Be年代学的测年依据
• 10Be测年法在富钴结壳定年中的应用'>5.1.4¹⁰Be测年法在富钴结壳定年中的应用
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 采样与样品预处理
• 10Be的分离、纯化与测定'>5.2.2 富钴结壳中¹⁰Be的分离、纯化与测定
• 5.3 结果与讨论
• 10Be/⁹Be比值和¹⁰Be的深度分布'>5.3.1 富钴结壳CAD15和MHD59中¹⁰Be/⁹Be比值和¹⁰Be的深度分布
• 5.3.2 结壳CAD15的生长速率与生长年代
• 5.3.3 结壳MHD59的生长速率与生长年代
• 5.3.4 与其他研究者结果的比较
• 5.4 结语
• 第六章 太平洋富钴结壳基于Co、Fe、Mn含量的年代学模式
• 6.1 已有的Co年代学模式
• 6.2 富钴结壳CAD15和MHD59基于Co含量的年代学研究
• 6.2.1 富钴结壳CAD15和MHD59基于Co含量的生长速率和生成年代
• 10Be测年法的比较'>6.2.2 结壳CAD15和MHD59的Co年代学和¹⁰Be测年法的比较
• 6.2.3 修正的结壳Co年代学模式
• 6.3 基于结壳中Fe、Mn含量的年代学模式
• 6.4 结语
• 第七章 太平洋富钴结壳生长速率与生成年代的综合研究
• 7.1 引言
• 7.2 太平洋富钴结壳基于铀系测年法的系统研究
• 7.2.1 富钴结壳U系测年法的综合比较
• 7.2.2 太平洋富钴结壳的生长速率与生长环境的关系
• 7.3 结壳CAD15和MHD59基于不同测年法所得生长速率的比较研究
• 7.3.1 富钴结壳CAD15和MHD59长时间尺度的生长速率与生成年代
• 7.3.2 富钴结壳CAD15和MHD59近表层基于不同测年法所得生长速率的比较研究
• 7.4 结语
• 第八章 结语
• 8.1 本研究的主要结果
• 8.1.1 太平洋富钴结壳的元素及同位素地球化学特征
• 8.1.2 太平洋富钴结壳基于不同测年法的生长速率测定
• 8.1.3 太平洋富钴结壳的生长速率与生长环境的关系
• 8.1.4 太平洋富钴结壳各种测年法的综合比较与评价
• 8.2 本研究的创新之处
• 8.3 存在问题与不足
• 参考文献
• 附录
• 致谢