1、古气候分析
图5.16 晚中新世古珠江三角洲碎屑沉积与生物礁生长的消长关系
（据许红等，1989，略有修改）
在全球古海洋史上，中新世末是一个多事之秋（许红等，1989）。大约在8.7Ma以前，由于澳大利亚、南美和非洲等板块进一步向北漂移，环南极洋冷环流形成，西部南极洲冰盖形成。冰川的规模较以往大，在6.5～5.1Ma之间有几次温度的波动，形成冰川事件。这次冰川事件引起全球海平面下降，比较有代表性的实例是地中海的盐度危机（Mckeezie J A et al.,1985），即所谓的墨西拿（Messinian）事件。形成厚度达2000m以上的由石膏、硬石膏、岩盐和白云岩组成的沉积物，称为塞卜哈（萨勃哈）沉积物，其分布呈牛眼状（图5.15）（许靖华，1992）。深海钻探42A 航次372、373和375站位钻孔揭示出的蒸发岩与深海页岩互层，表明有多次海侵和海退事件发生，导致海水多次进入地中海。在新西兰、澳大利亚、斐济、佛罗里达、北美大西洋海岸平原等地，均发现中新世末期有沉积水深变浅及不整合现象。在北太平洋边缘地区，大约在15.5～5.5Ma，硅藻土广泛沉积，也是南极冰盖形成的标志。在西太平洋和中国的南海地区也有明显的表现。在南海北部的珠江口盆地，中新世生物礁群与古珠江三角洲呈相互消长的关系，随着海退的加大，古珠江向南推进达数百米（图5.16）。在西沙海域，上述古气候现象得到明显的反映。根据西琛1井的钻井岩心的实验测试，晚新生代西沙海域存在多次冰期事件，其中，中中新世－晚中新世冰期规模最大，持续时间最长；早中新世晚期和上新世末期次之；早中新世期间，可能发生过多次小规模冰川事件。主要证据包括：
（1）岩石学证据：在生物礁岩相学及岩石矿物学特征一章中，我们以西沙海域东部岛礁区西琛1井为例，探讨了该区中新世以来的岩石矿物学特征，其中出现多套由冰川事件引起的海退和海水浓度增大而形成的白云岩，这是对古气候的直接记录。
（2）古生物证据：冰川引起的气候变化使古生物群落由演替到取代，因此，古生物群落演变过程是古气候变化的直接反映。在西沙海域，这种变化表现为由早期正常浅海环境的红藻门南海奇石藻化石群，逐渐演替为危地马拉奇石藻化石群，最后被潟湖环境的绿藻门仙掌藻化石群取代。
（3）主要元素和微量元素证据：冰期时，淡水集中在极地地区，西沙海域海平面下降，海水盐度增高，CaO降低，M gO 和Na2 0 提高，Sr和Co降低；间冰期正好相反。根据西沙海域西琛1井生物礁元素化学分析结果，西沙海域至少经历了4次大的海进事件和3次较大的海退事件（图5.3）。
（4）碳、氧同位素证据：海相碳酸盐岩碳、氧同位素在一定程度上可以反映大陆冰川事件。主要原因是在冰期期间，轻氧同位素被圈闭在冰盖中，造成海水中δ18O增大；间冰期与此相反。根据西沙海域礁相碳酸盐岩氧同位素实测结果，δ18O具有多个高值区（图4.7，图5.6），与多次冰期相对应。
（5）锶同位素证据：冰期海平面下降，陆地面积增大，风化剥蚀的物质增多，化学风化作用增强，通过河流搬运使海水获得更多陆壳的Sr,87Sr/86Sr比值增大。西琛1井中中新统－上中新统87Sr/86Sr急剧增加（图5.10），说明当时海平面明显下降，造成沉积环境的剧变。
由于南海盆地处于低纬度地区，气候温湿，大气降水充足，现今年降水量达1505mm。因此，与地中海地区有明显差别，未形成大量的石膏、硬石膏等蒸发岩，而主要形成厚层白云岩。但在南海部分地区见到蒸发条件下形成的矿物。如北部湾盆地，通过扫描电镜观察，在中新统角尾组（深度为978.3m）见放射状硬石膏晶体；又如西沙岛礁区，通过X－衍射分析，在西琛1井中新统（井深为403.6m 和466m）测得少量盐岩，含量分别为2.2%和3.5%；在珠江口盆地西部中中新统韩江组出现个体达16μm 的钙质超微化石Branrudosphaera bigelowi，反映当时为高盐度咸水环境（Sun S C,1981）。这说明南海盆地局部地区也有可能出现膏岩和盐岩等蒸发岩。
图5.17 晚中新世南海海域分布范围和礁滩分布示意图
南海地区中新世白云岩普遍发育，但各地区埋深有一定差别。西沙海域这套地层埋深（包括上覆海水，以下同）在350～2500m，其中埋深最浅的位置在岛礁区，厚度在200m以上；东沙海域这套地层埋深在1200～2350m，礁灰（云）岩表现为向东沙岛高部位爬升的分布特点，厚度变化较大（图6.4）。而目前南海周缘与外海沟通的海峡除巴士海峡水深较大，在2000m 外，其余各海峡水深均较小，其中，民都洛海峡最深，为400m，其他均小于100～200m。根据目前中新统白云岩地层埋深，中新世至今平均相对海平面上升或地壳下降至少在1000m以上。而目前除巴士海峡水深较大外，南海与外海沟通的其他峡口水深均在200m以内。可以肯定现在南海周边的台湾海峡、民都洛海峡、巴拉巴克海峡和塞拉桑海峡在当时为陆地，加里曼丹和印支大陆连为一体。这说明中新世时期南海为一个以巴士海峡为开口，与菲律宾海及太平洋时而相连、时而断开的封闭的陆缘海。除中央海盆水体较深外，东沙、中－西沙和南沙等海域水体均较浅，浅滩和潟湖发育（图5.17）。
2、早期的古海洋性质是什么？
一些科学家根据地质记录和资料的综合分析对早期地球的固态表面、水圈、大气圈的物理、化学状态作出了一些推测。他们得出的早期地球环境模式大相径庭：一种是根据早期地球的大地特点而推断出的一个“异常的”（明显有别于现代地球环境的）早期地球表面环境，即当时的海水很热，地球上的气候也很热；另一种模式则是根据早期地球—地幔物质环境差不多的地球表面环境，即古海洋—大气圈的物理化学性质并不特别异常，温度并不特别高，有机质的初级生产力和大气中氧的生产水平自太古宙以来大致没有发生变化。
早期地球的自然景观主要是由当时的大地构造格局决定的。一般认为，35亿年前的地表主要是由类似现代海洋的构造单元（如洋山脊、岛屿、火山、洋底隆起、洋底高原等）构成的，陆地部分很少。新形成的不稳定的固态地壳很快会被吸收到地幔中去，地幔中的物质大量地注入海洋中。太古宙火山活动强度、火山分布密度、洋脊总长度都大于以后的任何地质时期，更远远超过现代。有的学者甚至推测35亿～42亿年前，大洋脊总长度是现在的3 ～5倍，因此当时的海底热度的强度和构造运动也数倍于现代。
科学家进一步推测，当时会有大量的类似于现代大洋中脊热水喷口的喷出物注入古海洋，各种还原性气体（甲烷、氢、氨、硫化氢、一氧化碳等）及各种金属元素（铁、锰、钴等），伴随着高温热水一起注入海水中，给海洋造成极大的还原性，并耗尽了海水的自由氧和氧化物，同时也导致了海水温度升高。有人认为，当时的这种地理、生态环境尤其是物理、化学的多样性正是生命起源和原始生命进化的最理想环境。
科学家对太古宙海相沉积岩和古元古代海相沉积岩中的银、铁、锰、钠、钙以及氧和锶的同位素组成等的分析比较，表明太古宙海洋的化学性质与温度显著地不同于元古宙海洋，当然，与现今的海洋更是不同。
3、古海洋条件分析
生物礁的形成与一定的古海洋条件相关，陆地隆升引起的大量陆源物质的输入、冰川事件引起的海平面的升降变化，海水温度、盐度和透明度等都是影响生物礁形成的因素。反过来，礁相碳酸盐岩也可以记录其形成时的古海洋条件。因此，利用钻探取得的生物礁资料可以对古海洋进行研究，进而预测生物礁的发育时代。
4、氧同位素与古气候学
也许稳定同位素地质温度计的最成功与最有意义的应用是古气候学。至少自 1840年以来,地质学家一直考虑地球的气候在过去是怎么变化的问题。直到 1947年,Urey计算了碳酸钙与水之间氧同位素分馏的温度依赖性,并提出碳酸盐的同位素组成可用作地质温度计,方解石与水之间分馏的温度依赖方程为
地球化学
如,
从30‰～31‰,意味着温度从大约8℃变化到12℃。Urey提出地球的气候历史可通过分析古海洋碳酸盐的氧同位素来恢复。尽管后来的研究已证明此问题比 Urey 预计的要复杂得多,但也证明这是极富成果的研究领域 (陈岳龙等,2005)。
5、碳同位素地层学与古气候学
碳同位素地层学是当前地层学研究中最活跃、进展最迅速、最引人注目的一个方向,主要是研究碳同位素在地质历史中的变化特征,尤其是地层分界上组成的变化,从而进行地层划分与对比,反过来可确定地层时代。其研究对象主要是海相碳酸盐及有孔虫与腕足类的化石壳体。树木年轮及海洋碳酸盐壳体化石碳同位素分析,可用来获取新生代高分辨率的气候记录,在重建历史上的气候和环境方面发挥着重要作用,它们对于未来的气候变化、生态变化、水圈变化及某些灾害性变化的预测都具有重要的理论和实际运用价值。
碳同位素地层学的主要要求是 (陈锦石,1997):
1)严格地选择适宜的地层剖面,这些剖面必须是连续的、无沉积间断;
2)剖面必须已有充分的古生物地层学研究基础,最好同时有磁性地层学、岩石地层学、同位素地质年代学资料,界线划分充分可靠;
3)剖面必须主要由海相碳酸盐组成,最好是海相灰岩;
4)剖面未受到过构造、岩浆与变质作用的影响或改造;
5)剖面中不含海相蒸发岩 (石膏、盐岩);
6)在分界线附近要缩小采样间距至4～10cm一个样。
树木年轮稳定同位素分析,可用来获取高分辨率的气候代用记录,在重建历史上的气候和环境方面发挥着重要作用。开展树轮稳定同位素季节性变化的研究,不仅可以获取树轮稳定同位素年际变化的信息和树木生长季节内的气候状况,而且,还可以获取大气二氧化碳浓度及环境变化的信息。
树木的化学组成为纤维素占 50%、木质素占 30%、半纤维素占 15%,树脂和树蜡约占5%。研究表明,纤维素能稳定保留树木生长期间的同位素成分,其后不发生同位素变化。树脂和树蜡具有一定的流动性,干扰同位素的测定。在提取分析用的纤维素时,应格外注意避免溶剂对试样中同位素造成分馏的影响。
普遍认为树轮中δ13 C 值的变化主要受温度、湿度及云量的影响。树木在温度较高、降水较少与湿度较低的气候条件下年轮生长量偏小,这与树木年轮学所揭示的中纬度地区气候与年轮的关系一致。图7-25 显示了在渭河古河道中发现的木桩,其全木与纤维素的δ13 C、树轮宽度与年代的关系,该图说明δ13 C的降低对应着较宽的树轮,它们之间存在反相关关系。
图7-25 树轮碳同位素、树轮宽度随时间的变化曲线
(据杨忠芳等,1999,有修改)
在古海洋与古环境研究中,碳同位素起着重要的作用。研究表明,有孔虫的碳同位素组成可反映全球植被、水体性质、大气组成的变化。冰期,北半球被冰雪覆盖、热带地区干旱,因此森林面积锐减,大量的 CO2 转移到空气中,通过水-大气的交换而直接影响海水的碳同位素组成。大西洋、太平洋、南大洋 7 个钻孔底栖有孔虫碳同位素组成的系统研究表明,末次冰期的δ13 C比全新世的平均低0.7‰。
不同的大洋水体其碳同位素组成上存在差别,如同是大西洋的深层水,来源于挪威海的δ13 C值高,而来自南大洋深层水的δ13 C较低。因此,可利用底栖有孔虫的δ13 C来估计水体性质。不同时期浮游有孔虫与底栖有孔虫δ13 C值之间的差值间接地指示大气 CO2 含量的变化。
6、礁相碳酸盐岩主要元素和微量元素特征的古海洋记录
生物骨骼碳酸盐成分是其赖以生存环境的物理、化学条件的反映。古海洋演化的地质历史时期，冰期、间冰期交替变化必然引起热带海域海水的钙镁饱和度、温度、盐度、pH 值、CO 2分压等介质条件的变化，使同期生长的生物骨骼的元素成分发生同步变化。反过来，利用生物骨骼主要元素和微量元素成分的变化规律可以对古气候进行宏观分析，确定冰期与间冰期，进而获得古海洋信息。
西沙海域东部岛礁区生物礁矿物成分和化学成分的测定是依据全岩样品进行的，但根据西沙海域4口钻井测定的生物礁全岩成分之间的变化规律对比分析，生物礁全岩样品的测试结果可以反映古气候和古海洋的宏观变化规律。实际上，从某种程度上讲，海洋中其他沉积物，特别是海相自生石灰质或白云质沉积物，其成分变化同样可以记录古气候和古海洋变化信息。因此，利用礁相碳酸盐岩全岩样品进行古气候和古海洋研究是完全可行的。
冰期时，温度降低，南极冰盖形成，淡水集中在极地地区，导致包括西沙海域在内的相对海平面下降，海水盐度增高，CaO 降低，MgO、N a2 O 和Sr提高；间冰期正好相反。
根据西沙海域西琛1井生物礁矿物分析和元素化学分析结果，渐新世以来该区至少经历了4次大的海进事件和3次较大的海退事件（图5.3、5.4），与南极大的冰期和间冰期事件相一致。这种变化趋势在Na、K、P和Fe、V、B等微量元素变化趋势上也有明显反映（图4.4和4.5）。特别是Na、K、P对海水进退反映更明显，它们的含量具有明显的海退升高，海进下降的特点。从图4.4和4.5可以看出，中中新统底界是一个明显的古海洋变化界面。有人将中－晚中新世海退事件称为“中国南海事件” （ 许红等，1989），而将晚上新世－早更新世的海退事件称为“西沙事件”（张明书，1990）。前者与地中海的Messinian事件相当，后者与北极冰盖形成一致。实际上，在上述大的海水进退事件中，包括多次短时间小规模的海平面升降，如早中新世整体上为一次大的海进，但从主要元素和微量元素演化规律上看，可能至少发生3～4次较小规模的海平面下降事件（图4.7和5.3）。同样，在中－晚中新世这次大的海退事件中，也曾发生过多次海平面上升事件。
图5.3 西沙群岛西琛1井生物礁主要造岩矿物随深度的变化趋势
图5.4 西沙群岛西琛1井生物礁Sr总量与主要造岩元素氧化物含量的关系
另外，需要说明的是在最后一次间冰期，碳酸盐岩地层中Sr总量大幅度增加（图5.4），主要原因有以下几个方面：
（1）青藏高原强烈隆升，古老地壳暴露地表，并通过河流把大量陆壳中的Sr搬运到海洋中，增加了Sr的总量。
（2）中中新世—上中新世的冰期期间，由于地层中白云石大量增加，方解石含量较少。因此，礁相碳酸盐岩地层中Sr的含量减小，大部分Sr被留在海水中，使得海水中Sr的总量大幅度增加，进而使晚期的间冰期石灰岩中Sr的总量大幅度增加。
（3）晚期强烈的火山活动将幔源Sr带到海水中，虽然Sr同位素比值因此降低，但Sr总量增加。
（4）第四纪珊瑚礁矿物成分以文石为主。前面已论述Sr元素含量与碳酸盐矿物成分关系密切，其中文石中Sr含量最高。
值得特别提出的是，西沙海域其他钻孔的分析结果得到了类似的古海洋变化信息（张明书，1990；何起祥等，1990），这说明西沙海域古海洋环境反映了区域性古海洋环境的变化特征。
7、珊瑚礁中Mn<sup></sup>的ESR信号及其古气候指示意义
业渝光 周世光 刘新波
（地质矿产部海洋地质研究所）
提要 1989年3～5月在海南岛三亚浅钻取心，用岩石地层学和地质年代学方法研究了海南岛周缘珊瑚礁的基本特征和成礁时代，在此岩心的基础上进一步研究珊瑚礁的ESR谱学特征。结果表明，珊瑚礁Mn2+ESR信号和古气候变化直接相关，在100%文石基础上归一的Mn2+ESR信号是一种新的灵敏的古气候指示物，其指示的古气候变化和前人发表的研究成果相一致。海南岛三亚珊瑚礁Mn2+ESR信号表明，中国全新世大暖期出现在距今8.6～3.5ka，在距今5.6～3.0ka显示气候波动剧烈，在大约距今5.5ka有短暂降温，之后又明显回升，这些气候变化也和中国哺乳动物化石的分布一致。
关键词 古气候变化 珊瑚礁 Mn2+的ESR信号 矿物组成
近年来，国内有些学者注意到Mn含量在不同地质时期的变化。苍树溪等（1993）在西太平洋特定海域15万a以来古海洋学研究中发现，在地层中氧同位素1期/2期（全新世/晚更新世），3期/4期（玉木Ⅱ和玉木Ⅲ）界线上出现Mn异常，即元素Mn在气候寒冷期向温暖期过渡时含量有跃移现象。因此，他们认为这样Mn异常与气候由冷转暖的快速变化有关，故有可能作为小区域气候剧变的标志。郭丽芬等（1993）报道了南永一井（152m)Mn含量的情况，发现Mn含量按时间序列组成有高低交替的规律变化，可以与洛川黄土的古气候旋回、深海沉积物的氧同位素阶段以及柴达木盆地CK6孔有机碳阶段做对比。国外有些学者对现代珊瑚礁的Mn含量在不同季节的变化也做了一些工作（Glen,et al．,1991）。本项工作用ESR方法测试珊瑚礁Mn2+的ESR信号，为了解其与古气候变化的相关关系，试图寻求一种新的灵敏的古气候指示物。
1 珊瑚礁Mn2+ESR信号
碳酸盐晶体中Mn2＋是顺磁性物质，是ESR方法最适宜测试的物质，Mn2+6条超精细结构谱线极易辨认；珊瑚礁中的Mn2+含量较低，一般为几十μg/g，这一含量是ESR谱仪最适宜的测试范围（0.1%～0.0001%）；用化学分析方法测试的珊瑚礁中Mn含量是总Mn含量，它不仅包括碳酸盐晶格上的Mn2+，还有硫酸盐、有机络合物和含锰碎屑浮物等，而ESR方法测试的仅是碳酸盐晶格上的Mn2+；碳酸盐中Mn2+的ESR信号十分稳定，与年代无关。根据以上4条理由，珊瑚礁中Mn2+ESR信号强度（即Mn2+的电子自旋浓度）看来反映了碳酸盐晶体中Mn2+的本质。
2 实验和结果
58个样品取自海南三亚三井，该井是一个浅钻，钻井岩心13.9m以下是陆源物质基底，无论在外观和各项参数上都可很容易辨认出来。所有实验都在地矿部海洋地质实验测试中心进行。
ESR谱测试是用ECS-106型ESR谱仪（德国BRUKER公司）完成的，测试条件是室温，微波功率为2mW，磁场范围为348±10mT，调幅为0.1mT，转换时间为5.12ms，时间常数为327.68ms。为了增加可比性，所有样品的粒径都控制在0.15～0.20mm范围内，连续测试3次，然后取其平均值为测量值。样品的典型ESR波谱图见图1，在中心磁场左右的Mn3和Mn4峰极易辨认，测试结果见图2(a）。
图1 样品的典型ESR波谱图 Fig.1 Typical ESR spectrum of the sample
图2 Mn2+ESR信号（a）,MnO(b），文石（c），低镁方解石（d），碳氧同位素曲线（e），随井深的变化Fig.2 ESR intensity of Mn2+(a),MnO(b),Aragonite(c),Low-Mg calcite(d),Stable isotope(e)change with the depth
用JTY38S电感耦合等离子体原子扫射光谱仪（法国J ION YVON公司）测试了样品中的MnO含量，测试结果见图2(b）；用DMax-RA转靶X射线衍射仪（日本 RIGAKU公司）确定了样品的矿物成分，文石和低镁方解石的含量见图2(c）和图2(d）。三亚三井已做过碳氧稳定同位素分析，测试结果见图2(c）（张明书等，1990）。
3 Mn2+的ESR信号与古气候指示意义
珊瑚礁中Mn2+的ESR信号和MnO含量随井深的变化是一致的，只在孔深4.5m处化学MnO的含量比ESR方法的Mn2+高。总的来看，化学分析测试的珊瑚礁中Mn含量主要还是结合在碳酸盐晶格上的Mn2+，其他组分较少。从图2c中可看出，珊瑚礁的成分是以文石为主，图2d孔深4～7m位置低镁方解石含量明显增加，这说明此时的珊瑚礁经历了淡水的强烈改造，把不稳定的文石变成稳定的低镁方解石。
图3 在100%文石基础上归一的Mn2+ESR信号随井深的变化 Fig.3 ESR intensity of Mn2+change with depth on 100% aragonite
珊瑚礁Mn2+的ESR信号和文石呈负相关，而和低镁方解石呈正相关，这主要是由于Mn2+与文石和方解石中Ca2+离子半径有差异的缘故。Ca2+在文石和方解石中离子半径是不一样的，文石是斜方晶系具9次配位（每个氧结合3个阳离子），因此，文石中Ca2+离子半径较大（0.126nm）。而方解石是三方晶系具6次配位（每个氧结合2个阳离子），所以方解石中Ca2+离子半径较小（0.106nm）。Mn2+的离子半径为0.091nm，它与方解石中的Ca2+的离子半径相近，更容易取代方解石中的Ca2+而进入碳酸盐的晶格，所以和低镁方解石呈正相关。
由于珊瑚礁中矿物成分的改变，无法判断Mn2+ESR信号的变化是由矿物成分的变化，还是由古气候的变化而引起的。文石是热带珊瑚礁的初始矿物成分，可以在100%文石基础上对Mn2+的ESR信号进行归一，结果见图3，作者认为这个曲线反映了古气候的情况。
珊瑚礁中Mn2+的ESR信号的变化和碳氧稳定同位素的变化，总的来说大体是相一致的，但仔细对比还是有一些显著的差别，其中的原因有待于进一步的研究和解释。
4 结论
作者曾对三亚三井的铀系年龄进行过研究（业渝光等，1991），表明海南岛的珊瑚礁是末次冰消期以后，主要是全新世形成的，三亚三井井深7.1m处保持化学封闭样品（文石95.47%）的铀系年龄为7.1±0.5ka，粗略看来，可认为井深1m即为1ka。
根据以上的讨论情况，可得出以下两点初步结论。
（1）珊瑚礁中Mn2+的ESR信号和MnO含量都可以反映古气候情况，在暖期Mn2+的ESR信号较大，MnO含量较高，这说明海南岛三亚珊瑚礁周围海域海水的化学成分受径流所带进的陆源物质中的化学元素所控制。
（2）在100%文石基础上归一的Mn2+ESR信号是一种新的古气候替代指标，和前人研究的成果十分相应。施雅风等（1992）综合多种资料（孢粉、冰岩心、古湖泊、古土壤、考古、海岸变化）指出中国全新世大暖期出现在距今8.5～3.0ka，而图3中Mn2+的ESR信号在井深3～9m中最强。计宏祥（1996）根据全国各地的哺乳动物化石的情况指出，在距今7.6～6.0ka这一时期内的哺乳动物，偏南的种类更为明显，如浙江余姚河姆渡有亚洲象、苏门犀等。在距今5.6～3.0ka这一时期内动物变化较多，南北类型混杂，显示气候波动剧烈，大约在5.5ka有短暂降温，之后又明显上升。这一研究成果和图3十分一致，在井深5.5m处Mn2+的ESR信号急剧下降，尔后又迅速回升。距今7.3ka和4.Oka的寒冷事件在图3中都十分明显。由此看来，图3反映的古气候变化是有意义的。
致谢 张明书研究员提供样品，谨致谢忱。
参考文献（略）
（海洋与湖沼，29卷，第5期，1998.9,547～551页）
8、深海岩心热释光与古气候研究
远洋深海沉积过程平稳连续，是过去地质时期气候环境变化记录的“档案”，成为全球气候变化研究的资料库。
孟加拉深海扇位于赤道低纬度地区，是大陆边缘的深海区。有较高的陆源物质输入量，大大提高了沉积速率，这对气候与环境信息起到了放大作用，是高分辨率古气候研究的理想地区。
经典的恢复古气候的研究方法是沉积物中有孔虫(CaCO3)的δ18O含量方法。因为水中氧主要是两种同位素：即16O(丰度99.756%)和18O(丰度0.0205%)。当气温升高时(间冰期)，相对较轻的16O有较高的活性，优先被有孔虫吸入体内，使壳体内18O相对减少。所以，有孔虫壳体(CaCO3)内随温度升高，δ18O下降。另外，当冰期出现时，高纬度区冰盖扩展增厚，从大洋中提取大量海水，16O率先逸出，使海水中δ18O浓度相对升高，造成有孔虫体内δ18O含量增高。可见这种海洋水中δ18O的增减，直接对应了全球气候变化。气候变化主要受天文和地球运动的影响，有严格的周期性。1984年Imbrie等收集三大洋5类有孔虫的δ18O资料，编制了历时800余年，包括22个气候期可代表全球气候变化的氧同位素地层年表，使古气候研究有了对比标准。
图8-6-3 MD8149岩心热释光分析结果
(据刘海生等，2005)
刘海生(2002)利用取自孟加拉海扇的四个深海岩心，岩心中碳酸钙含量占80%～90%；热释光分析的取样间距为5cm；热释光分析采用沉积物全岩样和分选的有孔虫壳体(CaCO3)。其中MD81349岩心的全岩热释光和有孔虫壳体热释光与岩心δ18O的对比结果如图8-6-3所示。可见，岩心有孔虫壳体热释光与δ18O分析结果对应最好，全岩热释光值起伏对应也非常好，只是变化幅度稍低，但免除了分选有孔虫壳体之苦。
根据热释光分析结果，可将沉积层分出1～8个气候期以及若干个亚期，代表了距今30 ka以来古海洋环境变化史。其中1、5、7期为热释光高值对应δ18O的低值区，属于气候的间冰期。其中2、4、6 气候期为热释光低值对应δ18O的高值区，属于气候的冰期。仅第4期提早出现峰值。根据全岩分析认为可能受附近火山喷发使硅质增多有关。CaCO3与气候变化关系不明显。
9、古海洋环境（太古代25亿年前）的海水主要成分？
地球原始大气的主要成分是二氧化碳、甲烷、氢、氨和水汽。而在原始水圈中，刚形成的海洋水量很少，含盐量很低，组成也与现代海水大相径庭。只是在后期漫长的演化过程中，随着陆地表面的风化作用和径流作用发展，陆地上各种无机盐类矿物元素不断经由河流注入海洋，才使海水含盐量逐渐增加。据估计，元古代后期世界海水的盐度达到10—25％。而现代海水平均的盐度已达35‰。当时海洋的总水量估计只有如今海洋的十分之一。