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-涌 chōng【名】 [1][方言]河汊天黑了,风越来越紧,徐炳华把船驶进就近的小河涌里。——陈残云《香飘四季》多用于地名另见yōng涌(涌) yǒng【动】(形声。从水,甬(yǒng)声。本义:水向上冒) [2]同本义涌,滕也。——《说文》涌,出也。——《广雅》滥泉正出。正出,涌出也。——《尔雅·释水》泉暴出者曰涌。——《论衡·状留》醴泉涌于清室,通川过于中庭。——汉·司马相如《上林赋》泉暴出者曰涌。——汉·王充《论衡》又如:涌沸(喷涌出沸腾的水);涌泉(水向上喷出的泉) [3]引申指云、雾、烟、气等上腾冒出洪波涌起。——《乐府诗集·曹操·步出夏门行》云烟沸涌。——唐·李朝大悉威《柳毅传》亦浪涌。——宋·陆游《过小孤山大孤祥稿山》风云腾涌。又如:风起云涌。亦泛指其他事物突然冒出、升起烈焰应手涌出,故以火山名军。——宋·陆游《老学庵笔记》又如:涌聚(涌现聚合);涌触(涌现于心头的感触) [4]水奔涌,翻腾江滚宴乎间波浪兼天涌,塞上风云接地阴。——唐·杜甫《秋兴》又如:涌溜(汹涌的水流);涌溜溜(形容翻卷飘动);涌湍(激流;奔流);涌裔(水波腾涌貌);涌激(汹涌激荡);涌沸(翻腾);排排巨浪向岸边涌来 [5]比喻物价腾贵。如:涌长(急剧增长);涌贵(物价猛涨) [6]呕吐。如:涌泄(呕吐排泄)
火山气体和温泉
火山气体的化学组成是自然变化的,并在样品收集、储存和处理过程中明显改变。大气污染相对较容易识别和修正,但是解决近地表环境的自然污染则要困难得多。因此,识别真正的幔源气体,除了利用氦,仍然存在很大的问题。除了同化混染作用外,历史时期的脱气作用也能够明显改变岩浆挥发分的同位素组成。
3.4.2.1水
火山喷发和地热系统中水的晌伏来源,是一个长久以来地球化学领域的研究难题:有多少水来自岩浆本身?又有多少水是循环的大气水?其中一个最重要而明确的结论来自于对火山热液系统中稳定同位素的研究,认为多数温泉水来自当地大气降水(Craig et al.,1956;Clayton et al.,1968;Clayton& Steiner,1975;Truesdell& Hulston,1980,等等)。
多数温泉水D的含量与当地降水类似晌锋,但由于在高温下与围岩进行同位素交换,因此这些温泉水往往富集18O。氧同位素变化的量级取决于水和岩石的氧同位素组成、岩石的矿物学性质、温度、水/岩石比及其相互作用的时间。
不过,越来越多的证据显示,在研究火山系统时不应将岩浆水成分排除在外。随着全世界越来越多有关火山数据的得出,尤其是高纬度地区的火山相关数据,Giggenbach(1992)证实,18O的“水平”偏移只是一种巧合,而非一般性规律:氧同位素组成的迁移常伴随有D的偏移(图3.10)。Giggenbach(1992)指出,所有这些水都具有类似的趋势:与当地地下水的混合产生了相对一致的同位素组成,δ18O值约为+10‰,其δD值约为-20‰。Gigenbach认为普通安山质岩浆中δD值为-20‰,远远高于一般认定的地幔水的组成,因此,其最有可能的来源是,被俯冲板片带至岛弧岩浆源区的循环海水。
图3.10热液和相关宴谨晌地下水的同位素组成(据Giggenbach,1992)
在分析火山脱气产物的同位素数据时,有时被忽视的因素是沸腾效应。热液中蒸气的丢失可导致同位素分馏。可利用已知的与温度相关的分馏系数,以及沸腾过程中蒸气和液体水的接触时间来定量估算沸腾效应对水同位素组成的影响(Truesdell& Hulston,1980)。
3.4.2.2碳
CO2是火山气体中第二种主要组分。对全球构造活跃区的CO2射气作用研究后,Barnes et al.(1978)认为,CO2的δ13C值在-8‰~-4‰之间,主要为地幔来源。不过,地壳和地幔的同位素组成大致相同,并且许多地表作用也可以改变碳的同位素组成,因此,上述结论受到了质疑。一种具有发展前景的研究方法是,分析直接来自高温岩浆中CO2的13C含量。
夏威夷的基拉韦厄(Kilauea)火山,是世界上进行气体收集和同位素分析历史最长的火山,其数据库包括了1960~1985年期间收集的数据(Gerlach& Thomas,1986;Gerlach& Taylor,1990)。Gerlach& Taylor(1990)对基拉韦厄火山所有的顶部岩浆射气的δ13C值进行了估算,结果认为,最佳的平均值为-3.4‰±0.05‰。他们提出了二阶段脱气模型来解释这一结果:第一阶段,顶部岩浆房内的岩浆上升和压力平衡;第二阶段,在岩浆上升和爆发过程中,顶部岩浆在近表面处的快速降压。研究显示,顶部气体可直接代表母岩浆的碳同位素组成(δ13C=-3.4‰),而东非裂谷带爆发期释放气体的δ13C值则为-7.8‰,符合浅部岩浆系统中脱气对岩浆的影响。
已有文献资料证实,MORB包裹体中的CO2来源于上地幔。在俯冲相关的岛弧火山作用中,大部分碳可能来自石灰岩和有机碳。Sano& Marty(1995)证实,CO2/3He比和δ13C值可用于区别沉积物有机碳、石灰岩碳和MORB碳。Nishio et al.(1998)和Fischer et al.(1998)据此得出结论,俯冲带中2/3的碳来自碳酸盐,1/3来自有机碳。Shaw et al.(2003)在中美洲岛弧火山中发现,更高比例的CO(>80%)来自海相碳酸盐。因此源自原生地幔的碳在俯冲环境中只发挥很小的作用。
除了CO2,文献还报道了在高温热液流体中发现了甲烷(Welhan,1988;Ishibashietal.,1995)。即使在系统中出现了3He的异常,这些甲烷的来源也尚不清楚。而东太平洋洋隆(East Pacific Rise)的甲烷被认为是源于非生物成因的岩浆(Wellhan,1988),冲绳海槽(Okinawa trough)则认为具有热成因来源(Ishibashietal.,1995)。
近年来,越来越多的证据显示,Fischer-Tropsch型反应(在催化剂作用下CO或CO2被H2还原)过程中能够以非生物方式形成甲烷(Sherwood-Lollar et al.,2006;McCollom& Seewald,2006,等等)。非生物热液条件下合成的碳氢化合物(C1-C4)与CO2来源的同位素组成相比,明显亏损13C。13C的亏损程度与生物作用过程的碳同位素分馏类似,因此,很难区分还原碳是生物成因的还是非生物成因的。这一发现对于讨论地球早期生物圈具有重要意义。Sherwood-Lollar et al.(2002)发现,与生物来源的脱气过程相反,13C含量随碳数量C1-C4的增加而降低,但是这一变化趋势,在Fu et al.(2007)的实验中未能证实。
3.4.2.3氮
由于MORB(δ15N=-5‰)、大气(δ15N=0)和沉积物(δ15N=+6‰~+7‰)中存在较大的氮同位素组成差异,因此氮可用作地表和地幔之间挥发分循环的潜在示踪剂。Zimmer et al.(2004),Clor et al.(2005)以及Elkins et al.(2006)证实,氮同位素非常适用于确定俯冲带中有机物的去向。这些研究已证实,沿哥斯达黎加、尼加拉瓜和印度尼西亚岛弧分布的有机来源氮的贡献是不同的。例如,Elkins et al.(2006)估计,沉积物对尼加拉瓜火山前缘火山气体和地热气体的贡献约占70%。
3.4.2.4硫
由于火山气体中除了SO2外,还有较多H2S、硫酸盐和单质硫,因此其中的硫来源是非常复杂的。硫同位素的总组成必须根据质量平衡进行计算。在低温和高温下与玄武岩熔体达到平衡的主要含硫气体为SO2。随着温度的降低或水逸度的增加,H2S变得更稳定。极高温度下,样品中δ34S值是估计岩浆中34S含量的最佳途径(Taylor,1986)。Sakai et al.(1982)指出,基拉韦厄火山硫质气体的δ34S值介于+0.7‰~+1‰之间,与之相比,Allard(1983)测量的埃特纳山(Mount Etna)火山气体的δ34S值则介于+0.9‰~+2.6‰之间。由安山岩和英安岩组成的火山中的SO2更富34S。印度尼西亚弧火山更是如此,Poorter et al.(1991)测得总δ34S值为+5‰。俯冲大洋地壳向弧火山提供了富34S的硫。
总之,火山气体和热泉的稳定同位素(H、C、S)分析,可用来估计地幔源的同位素组成。但必须注意的是,尤其是地表环境中产生的混染、同化和气相同位素分馏,很大程度上增加了这种推论的不确定性。如果能透彻了解这些次生影响,则火山气体和热泉的H、C、N和S同位素较小的差异可能是源于不同的地质构造背景。
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