2025年大學(xué)《海洋科學(xué)》專業(yè)題庫——海洋巖石地球化學(xué)演變考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填入括號內(nèi)。）1.下列哪個同位素系統(tǒng)常用于海洋沉積物中有機(jī)質(zhì)的成熟度指示？(A)1?O/1?O(B)13C/12C(C)1?C(D)1?F/1?F2.大洋中脊玄武巖（MORB）通常具有較低的硅含量和較高的鎂含量，這主要反映了其來源于：(A)上地幔的富集地幔(B)上地幔的虧損地幔(C)下地幔物質(zhì)(D)地殼物質(zhì)的俯沖再循環(huán)3.在海洋生物的碳同位素分餾中，浮游植物光合作用固定的CO?相對于海水通常富集12C而貧乏13C，這會導(dǎo)致表層沉積物中：(A)總有機(jī)碳（TOC）含量升高，δ13C值升高(B)總有機(jī)碳（TOC）含量降低，δ13C值降低(C)總有機(jī)碳（TOC）含量升高，δ13C值降低(D)總有機(jī)碳（TOC）含量降低，δ13C值升高4.海水中的硅酸鹽含量通常在遠(yuǎn)離大陸的深海處達(dá)到峰值，這主要歸因于：(A)深海處生物泵效率最高(B)深海處化學(xué)沉淀作用強(qiáng)烈(C)遠(yuǎn)離大陸的海水難以獲得硅酸鹽輸入(D)深海環(huán)流將富含硅酸鹽的水輸送到低緯度地區(qū)5.3He/1?C比值法常用于研究：(A)海洋沉積物的年代(B)海水環(huán)流速度(C)大氣CO?濃度變化歷史(D)海底熱液活動強(qiáng)度6.海洋沉積物中的火山玻璃碎屑含量較高，通常指示其形成于：(A)深海盆地中心(B)大陸邊緣斜坡(C)海山或洋中脊附近(D)遠(yuǎn)海漂移區(qū)域7.下列哪種地質(zhì)過程會導(dǎo)致海水顯著富集氬的同位素3?Ar？(A)大氣降水與海水的交換(B)沉積物中放射性衰變產(chǎn)生的氬(C)大氣中稀有氣體向海水的溶解(D)深海水的混合與上升8.冰期時全球海平面下降，導(dǎo)致海洋體積增大，這會使得表層海水：(A)δ1?O值升高(B)δ13C值升高(C)鹽度升高(D)溫度升高9.海底熱液噴口附近沉積物和巖石中常發(fā)現(xiàn)高豐度3He，其主要來源是：(A)海水溶解的溶解氣體(B)地幔巖石中放射性衰變產(chǎn)生的氦(C)大氣氦的輸入(D)生物活動產(chǎn)生的氦10.下列哪項不是影響海洋沉積物中生物標(biāo)記物（Biomarkers）分布的主要因素？(A)物源輸入(B)水動力條件(C)氧化還原條件(D)沉積速率二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上。）1.同位素分餾的本質(zhì)是不同同位素在物理化學(xué)過程中具有不同的______速率。2.海洋碳循環(huán)中，生物泵將表層海水中的碳轉(zhuǎn)移到______的重要過程。3.利用沉積物中古地磁極性條帶和火山玻璃的______值，可以重建古地磁極性年表。4.氧同位素在海洋中的主要交換過程包括蒸發(fā)-凝結(jié)和______。5.海山玄武巖（OIB）通常比MORB具有更高的______含量和更強(qiáng)的______虧損特征。6.海底熱液活動不僅改變局部沉積物的地球化學(xué)特征，也深刻影響著______的組成。7.______是海洋中主要的氮素來源，主要通過生物過程固定。8.根據(jù)硅同位素（δ2?Si）分餾理論，硅藻光合作用會使得其產(chǎn)生的生物硅相對海水______12Si而______1?Si。9.地球化學(xué)演化過程中的______作用是指礦物溶解和沉淀的過程，對改變體系成分至關(guān)重要。10.穩(wěn)定同位素地球化學(xué)方法在海洋科學(xué)中可用于示蹤______、推斷______和重建______。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述氧同位素分餾在古溫度重建中的應(yīng)用原理。2.解釋什么是“生物泵”，并簡述其在海洋碳循環(huán)中的作用。3.比較大洋中脊玄武巖（MORB）和島弧玄武巖（IAB/OIB）在地球化學(xué)組成上的主要差異及其可能的成因。4.簡述放射性同位素（如1?C,3He）在海洋年代學(xué)和物質(zhì)示蹤中的應(yīng)用。四、計算題（每題5分，共10分。請列出計算步驟并給出結(jié)果。）1.某研究測得現(xiàn)代表層太平洋海水δ13C值為-28‰，而其沉積物中生物成因碳酸鹽的δ13C值為-4‰。假設(shè)碳酸鹽與海水的分餾系數(shù)（εp)為+4‰/℃。請估算該沉積物形成時的表層海水溫度。（提示：使用公式：δCarb=δ海水+εp+Δδ，其中Δδ是同化/排泄過程中的分餾，對于生物成因碳酸鹽，可以假設(shè)Δδ=0）2.某深海沉積物樣品測得1?C活度與現(xiàn)代活度之比為0.001。已知現(xiàn)代1?C活度約為27500年分之一，衰變半衰期約為5730年。請估算該沉積物樣品的年齡。（提示：使用公式：ln(N/N?)=-λt，其中λ是衰變常數(shù)，t是年齡）五、論述題（10分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面闡述海洋沉積物記錄古海洋環(huán)境變化的主要途徑和證據(jù)。）試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.A5.B6.C7.B8.A9.B10.D二、填空題1.分配2.深海3.古地磁極性年表4.海水-沉積物交換5.鐵鎂元素；輕稀土元素6.海水7.氮Fixation(或固氮作用)8.富集；虧損9.成巖10.物質(zhì)來源；水動力；古環(huán)境三、簡答題1.解析思路：氧同位素在不同溫度下蒸發(fā)和凝結(jié)時會發(fā)生分餾。溫度越低，蒸發(fā)時水分子越傾向于富集1?O，而凝結(jié)時則相反。因此，冰期時形成的冰（δ1?O低）和蒸發(fā)量大的地區(qū)（如表層海水δ1?O高）與深層或冰期海水（δ1?O低）之間存在明顯的氧同位素差異。通過測定沉積物中鈣質(zhì)生物（如珊瑚、有孔蟲）殼體的δ1?O值，結(jié)合當(dāng)時的海洋環(huán)流和氣候背景知識，可以反推其形成時的表層海水溫度或冰量變化。2.解析思路：生物泵是指海洋中從表層到深海將生物生產(chǎn)的有機(jī)碳（或生物硅）向更深處輸送并最終儲存的過程。其主要環(huán)節(jié)包括：浮游植物在表層光合作用固定CO?，生產(chǎn)有機(jī)物；部分有機(jī)物通過異養(yǎng)細(xì)菌降解，釋放的碳在深層被利用或形成碳酸鹽沉淀；生物硅（由硅藻等生產(chǎn)）也通過沉降過程被移出表層。生物泵有效降低了表層海水的碳酸鹽飽和度，并將大量碳封存于深海，對調(diào)節(jié)大氣CO?濃度和全球氣候起著關(guān)鍵作用。3.解析思路：MORB和IAB/OIB的主要地球化學(xué)差異體現(xiàn)在：MORB富集鐵鎂元素（Mg,Fe），虧損硅鋁元素（Si,Al）和稀土元素（LREE），具有較低的放射成因元素（如K,Rb,Sr,U,Th）含量，是上地幔均一地幔的代表性巖石；IAB/OIB則貧鐵鎂，富硅鋁和輕稀土元素，富集放射成因元素，具有高鉀、高堿的特征。這些差異反映了它們的物源不同：MORB來源于虧損地幔部分熔融；IAB/OIB來源于富集地幔（可能受地幔柱或板片熔融影響）部分熔融，其物源可能經(jīng)歷了更復(fù)雜的交代或富集過程。4.解析思路：放射性同位素具有已知的衰變速率（半衰期），因此可以作為天然的“時鐘”用于測年。1?C可用于測定有機(jī)質(zhì)年齡（幾百年到幾萬年），主要應(yīng)用于測定沉積物中有機(jī)碳的年齡，進(jìn)而了解古環(huán)境的變遷速率。3He/1?Ar或3He/?He比值法可用于測定火山巖或沉積物的年齡（幾萬年到數(shù)億年），3He主要來源于地幔，通過火山活動或海底熱液上涌進(jìn)入海洋，可用于示蹤地幔柱活動、板塊運(yùn)動和海洋環(huán)流等。此外，某些放射性同位素（如1?F,3He）作為示蹤劑，可以幫助確定其在水-巖相互作用過程中的行為和來源。四、計算題1.解析思路：根據(jù)題意，利用公式δCarb=δ海水+εp+Δδ。已知δCarb=-4‰,δ海水=-28‰,εp=+4‰/℃。假設(shè)Δδ=0。代入公式：-4‰=-28‰+4‰+0。解得Δδ=-4‰+28‰-4‰=+20‰。此計算似乎有誤，應(yīng)重新審視。更正思路：應(yīng)直接用已知量計算溫度。公式為δCarb-δ海水=εp+Δδ。Δδ=δCarb-δ海水-εp=-4‰-(-28‰)-4‰=20‰。此20‰為總分餾，其中包含光合作用分餾和溫度分餾。通常光合作用分餾約為-20‰。因此，溫度分餾ΔT=εp+Δδ光合=4‰+20‰=24‰。查找氧同位素分餾與溫度的關(guān)系圖版或公式（如Δδ=-4.4*T+0.4，其中T為攝氏度），代入Δδ=24‰，解得T≈5.5℃。答案為約5.5℃。*修正：原題干提示Δδ=0，但實際生物作用分餾約為-20‰。若考慮此分餾，則ΔT=εp-Δδ光合=4‰-(-20‰)=24‰。查表得約5.5℃。若題目意圖為總分餾為20‰，則ΔT=20‰/4‰/℃=5℃。假設(shè)題目簡化，取平均分餾系數(shù)。**更正計算：假設(shè)光合作用分餾Δδ光合=-20‰?？偡逐sε_total=δCarb-δ海水=-4‰-(-28‰)=24‰。其中包含溫度分餾和光合作用分餾。ε_total=ε_T+ε光合。ε_T=ε_total-ε光合=24‰-(-20‰)=44‰。查表得ε_T≈-4.4‰/℃。ε_T=-4.4*T。44‰=-4.4*T。T=-44/-4.4=10℃。答案為約10℃。（此修正基于更標(biāo)準(zhǔn)的分餾模型，原提示Δδ=0可能為簡化或筆誤）。2.解析思路：根據(jù)公式ln(N/N?)=-λt。首先計算衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?=ln(2)/5730年≈0.000121年?1。將N/N?=0.001和λ代入公式：ln(0.001)=-0.000121*t。ln(0.001)=-6.9078。所以-6.9078=-0.000121*t。t=6.9078/0.000121≈57000年。答案為約57000年。五、論述題解析思路：海洋沉積物是記錄古海洋環(huán)境變化的寶貴檔案庫。其主要途徑和證據(jù)包括：1.物理沉積物記錄：*沉積速率和沉積物類型：快速沉積的陸源碎屑（如三角洲沉積）指示近岸環(huán)境或快速地貌變遷；遠(yuǎn)洋粘土礦物沉積速率可反映氣候和海平面變化；生物碎屑（鈣質(zhì)或硅質(zhì)）的豐度和類型（如有孔蟲、硅藻）受控于表層水溫、鹽度、生產(chǎn)力等，其生態(tài)帶分布可重建古古海洋狀況。*沉積物粒度：粒度分布反映水動力條件，由粗到細(xì)通常指示從近岸到遠(yuǎn)洋的變化，特定粒度組分（如火山灰）可提供物源和事件信息。2.化學(xué)地球化學(xué)記錄：*元素含量和比值：海水元素通過沉積物記錄其化學(xué)組成變化。例如，海山玄武巖的微量元素組成可示蹤地幔源區(qū)特征；沉積物中Al/Sc,Th/Sc,Zr/Sm等比值可指示水動力條件（如再懸浮強(qiáng)度）；MORB的Mg/Fe比值可近似反映形成時的古溫度。*微量元素地球化學(xué)：特定微量元素（如Cd,V,U）的生物地球化學(xué)行為敏感，可用于示蹤生物過程、水循環(huán)和物源。3.穩(wěn)定同位素記錄：*氧同位素（δ1?O）：主要記錄古溫度和冰量變化。海洋水循環(huán)和冰蓋進(jìn)退影響海水的δ1?O，并通過沉積物（如鈣質(zhì)生物殼體、硅藻）記錄下來。*碳同位素（δ13C）：主要記錄海洋碳循環(huán)變化，包括大氣CO?濃度、表層海洋生產(chǎn)力、生物泵效率、有機(jī)質(zhì)成熟度等。沉積物中的生物標(biāo)記物和碳酸鹽的δ13C值是重要指標(biāo)。*硅同位素（δ2?Si）：主要反映海洋硅循環(huán)，特別是硅藻生產(chǎn)力和水動力條件。4.放射性同位素記錄：*測年：1?C用于測定有機(jī)質(zhì)沉積