镁同位素在地质学上进展和应用

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1、镁同位素在地质学上进展和应用［摘要］镁是重要的成岩元素，也是海洋和生物系统中重要的元素，镁有3个稳定同位素分别是：24Mg.25Mg和26MgoMg同位素地球化学的研究主要集中揭示地质历史时期海水的Mg同位素组成演化、估算大陆风化通量、追溯岩性来源、记录亏损地幔和地幔交代作用。关于镁同位素的研究目前处于初级阶段，相关数据及成果非常少，但随着新技术的发展和对镁同位素分馆机制的深入了解，镁同位素的地质应用将会日益广泛。［关键字］镁同位素测定方法地质应用［中图分类号］P5［文献码］B［文章编号］1000-405X(20

2、13)-3-66-21地质学上的应用地球表面的Mg循环在生物地球化学上尤为重要。例如,Mg参与了控制气候的地球化学反应(Berneretal.,1983)和地质时间尺度上海水的碳酸盐矿物学(Hardie,1996)。陨石、火成岩、沉积岩、水圈、生物圈是自然界Mg的主要储库。近年来，随着分析方法的改进和现代质谱仪器的发展,MC-ICP-MS已经使得镁同位素比测量的精确度达到-0.10%每amu甚至于更好。目前，镁同位素地球化学作为一个年轻的研究领域，主要集中在示踪太阳系星云形成过程、记录亏损地幔和地幔交代作用、估算

3、大陆风化通量等方面。1.1海水中的Mg同位素海水中的镁同位素的组份在过去十年内被确定，S25Mg值和S26Mg值分别为-0.40%。到-0.77%。和-0.69%。到-1.47%0,目前大多数研究缩小了以上范围，即626Mg值为-0.69%。到-0.89%。。明确提出此值的原因是以往不均一的同位素标准变得均一化。625Mg和826Mg的均值分别为-0.41±0.06(n=22；2s.d.)和-0.81±0.11%o(n=22；2s.d.)。各个实验室对镁同位素系统的认同比较高。然而，由于镁同位素提纯的方法有很多，

4、许多结果显示出显著分歧，而且很少有报告中海水中525Mg和526Mg值的测定来源超过三个地方，显而易见，需要有一个更综合的调查525Mg和826Mg在海水中的变化。镁同位素在河口环境中表现保守，但通过生物活动有显著的分馆，植物会优先吸取轻同位素，驱动剩余溶液中的重同位素升高。因此，尽管镁的利用通过海洋有机体经历了一个相当长的停留时间，可能潜在的导致局部的镁同位素在海水中的变化。镁同位素在生物成因的碳酸盐中的可区别的同位素分馆，例如有孔虫(Changetal.,2003)和珊瑚(Krogstadetal.,2003

5、),同样在像叶绿素这种柔软的组织中也存在这种现象(Blacketal.,2006；RaandKitagawa,2007)o镁同位素在生物和化学过程中分馆，可能与环境因素相关。因此镁同位素成分的变化不仅在了解与生物合成作用相关的机制上还是在古海洋学的研究中作为一种探明生物成因和非生物成因的方解石潜在的替代性指标都是重要的工具。Dickson(2002)用棘皮动物(Echinoderm)化石作为显生宙以来海水Mg/Ca值的可靠的监视器，因为它们在生物矿化过程中不容易受生物分馆的影响，能很好地保留Mg的信息。选取的棘皮

6、类动物化石(成分为含镁方解石)所处的环境温度变化范围很小，因此它们526Mg值的变化只跟海水的826Mg值有关，能够比较可靠地记录海水的Mg同位素变化。Changetal.(2004)认为，表层居住的浮游有孔虫种的镁同位素变化可以作为古温度的替代性指标。镁同位素也可被用于古测温中，但仅限于十分有限的材料，例如，碳酸盐分泌棘皮类化石(deVilliersetal.,2005),现生海绵和珊瑚(Wombacheretal.,2005)o1.2风化通量估Galy(2002)认为一系列626Mg陆上样品中值为4・13%。

7、。Tipper(2006)则认为硅酸盐土壤中的镁同位素组成比岩石中的重，而河水中(T・09%o)的镁同位素组成比海水(-0・82±0・11%。)中的轻。S.deVilliersetal.(2005)认为，Mg同位素可以用来推断河流的风化变迁，古老大洋中的镁同位素组成的记录被用于对全球大陆风化变迁的不同岩性分布的一种推断，特别是碳酸盐和硅酸盐风化。PhilipA.E.（2008）等对Icelandic河的溶解搬运质和悬浮微粒质做了镁同位素研究，结果表明在碳循环中镁被赋予了重要角色，这些变化为地球气候的调节上提供了重

8、要的信息。溶解搬运质显示出526Mg组成的宽泛范围，与现在的玄武岩火山玻璃（§26Mg=-0.29%o）相比较，范围从-0.96%o到+0.64%。，而沉积作用和热液过程中的826Mg值分别为-0.83%。和+0.85%0,比富集在溶解搬运质中镁要低。在土壤和河流（胶体）中植被和有机生物体的活性好像对镁同位素组成几乎没有产生影响。Fang-ZhenTen等（2010）对一