目前尚未測定軟泥水中的氣態氫的存在,因此僅能推測該作用可能存在;而後作用則是確信無疑的。硫酸鹽還原生成的又可還原為更穩定的還原硫化合物——黃鐵礦,其反應式可示為:
隨著軟泥水中硫酸鹽的還原及其濃度的降低,腳平衡遭到破壞,於是部分硫酸鹽又可從固相軟泥轉移到軟泥水中。硫酸鹽的進入和還原這一連續化學反應過程導致沉積物中新礦物黃鐵礦的生成和不斷聚集,同時,該作用使液相軟泥水中堿度增高,由於碳酸鹽的增高,與達到溶度積時發生沉澱,形成了沉積變質的聚集。
內陸架和外陸架水岩係統中各類參數值表明,內陸架固相軟泥中的黃鐵礦和生物碎屑比外陸架的同名成分低得多,而內陸架軟泥水中比值比外陸架的同名參數值要高,但濃度卻相反。這類參數值清楚地表明,脫硫酸鹽的生物化學還原作用產生的條件,以及有機物、中間和最終產物等均證明外陸架比內陸架更利於發生脫硫酸鹽生物化學還原作用。顯然,作用強度前者比後者要強烈。
從軟泥水中濃度看,比濃度高出一個數量級,特別是在脫硫酸鹽生物化學還原作用強烈的外陸架軟泥水中,濃度隨深度呈顯著降值變化。這顯然是由於大量黃鐵礦的生成降低了軟泥水中的濃度,而脫硫酸鹽生物化學還原作用的中間產物則相對富集,其濃度隨深度加大呈增值變化;而內陸架型的90濃度隨深度呈降值變化。與濃度的增降變化也是外陸架水岩係統中發生脫硫酸作用強烈的佐證。該作用是軟泥水化學改變的主控作用。
此外,陸架型剖麵中絕大多數組分濃度均隨深度呈增值變化表明,擴散作用和重力作用在正向濃度剖麵形成上起到了一定的效應。
鑒於上述可得如下結論:陸架軟泥水化學剖麵主要受控於對流作用和脫硫酸鹽的生物化學還原作用,並在硫酸鹽的溶濾作用、硫化物和碳酸鹽的沉析作用,以及重力作用、擴散作用的疊加與複合下形成的。
2.陸坡軟泥水濃度似正向型剖麵的形成
不妨將陸坡和陸架軟泥水化學剖麵進行比較,從中把握陸坡軟泥水化學剖麵的主要特性,並可為討論其形成機製構築框架。陸坡軟泥水化學的主要特性是:
(1)陸坡與陸架軟泥水濃度剖麵均屬正向型。陸坡剖麵的礦化度財和大多數組分濃度隨深度加大呈現增降相間變化,但總的趨勢是向增高的方向發展。這類組分濃度在剖麵上的變化幅度均很小,幾乎呈直線型,而陸架型剖麵曲線基本上均呈遞增的折線。
(2)陸坡型剖麵中以―存在濃度梯度,而陸架型剖麵呈直線型。
(3)陸坡型剖麵中呈大幅度降值變化,而在外陸架型剖麵中從呈增值變化。
(4)陸坡型剖麵中除曲線呈凹凸相間變化較大外,其它離子比值的曲線幾乎均呈直線型,在剖麵頂部略有降值或增值外,其下均為直線型。
(5)賦存陸坡型軟泥水的介質軟泥不存在重礦物和黃鐵礦,而富含呈分散性的鐵質和多金屬結核、微結核,有機質含量很低,百分含量相當,約占40%,天然含水量很大;而陸架型的軟泥則與此相反。
根據陸坡軟泥水所在的水岩係統的特性可以認為,主控軟泥水化學剖麵形成的作用是對流作用、擴散作用和化學反應作用,並在這些作用的疊加和複合下改造而成的。
陸坡軟泥天然含水量均值為110,其值比陸架的要高出1倍以上,表明陸坡軟泥更具半液化或液化性狀,它比陸架軟泥更利於與上覆海水發生對流作用和擴散作用,構成開放係統。因此,陸坡軟泥水的濃度、水型、組分濃度排列順序、離子比值等均與上覆海水的基本相似或相近。
由於陸坡處在水深2000以下,距大洋較近,深受南極底層流水團的影響。南極流形成的底層流由南往北通過湯加海溝,流經澳大利亞南部,流向新西蘭方向,轉向薩摩亞海盆,再往北流,至北部海山形成分支,一支向吉爾伯特、馬紹爾群島方向移動,另一支向東流入彭林海盆,中間一支往北移至中太平洋,然後折向東流沿克拉裏昂水道流經東太平洋後複又北流,大約消跡於北緯50度海域。在東太平洋區測定現代底層流流速一般為5~10。東太平洋雨水、不同深度大洋水和軟泥水的氫氧同位素組成測試數據表明:含量沿大洋水垂向上由上往下呈現富集的趨勢。但在臨近洋底的底層洋水卻驟然降低,其含量介於雨水和表層洋水之間,可資證明底層流循環的存在。含氧性底層流的運行造成了洋底的氧化環境,為洋底廣泛分布的多金屬結核的生成提供了必要的條件。業已發現陸坡海域底部同樣生成了多金屬結核。
由於陸坡海域存在氧化環境,以致軟泥中有機質含量貧乏,其大部分已消耗於軟泥沉積及其沉積埋藏過程中,所能保留的很少。因此,不存在脫硫酸鹽生物化學還原作用,在軟泥中未發現黃鐵礦是合乎邏輯的,即使在微區環境中生成了黃鐵礦,亦可為後期氧化作用所破壞和消蝕。由此可見,陸坡軟泥水與陸架軟泥水的化學反應存在顯著差別。陸坡軟泥水化學形成演變過程中不存在脫硫酸鹽生物化學還原作用,而在陸架軟泥水化學形成演變過程中它是起主控作用的。
那麼軟泥水中溶解性大幅度下降是怎樣造成的呢?國外有的學者將此現象解釋為由於向上擴散遷移的果。看來不能苟同這種觀點,這是因為越往沉積柱下部通常還原性增強,由還原性向氧化性增強的方向上不利於溶解性和遷移和聚集。陸坡軟泥水化學剖麵的水岩係統為堿性氧化環境。在該係統環境條件下,軟泥水中溶解性呈不穩定態,使得低價溶解性存在於水中的能力減弱,它們可持續地轉化為高價難溶的水合氧化物、氫氧化物的固體顆粒,並聚集於水中。例如高價組成以從形式存在於水中,由於它們是帶有不同電性的膠體,水合氧化物、氫氧化物通常是正電荷,而氧化錳是負電荷。當這些膠體在水中發生凝聚陳化,形成較大顆粒時則發生沉析作用;或者帶正電荷的氫氧化鐵膠體與帶負電荷的二氧化錳膠體相互吸引則發生共沉澱作用。由於氧化性大,因此首先被氧化的,總是滯後於被氧化。從濃度降值幅度看,溶解性降低了86.67,而溶解性降低了73.33。軟泥水中濃度的貧化顯然是由於它們以高價難溶的形式向固相轉移沉析的結果。
根據鏡下觀察和粘土礦物差熱分折表明,軟泥中存在鐵雜質。軟泥中鐵的聚集可視為氧化作用產物的證據,抖及陸坡軟泥中存在多金屬結核、微結核和團塊等,顯然是在氧化作用的背景下金屬由液相向麵相轉移的產物。
陸坡軟泥柱僅長1.2,與上覆海水對流作用活躍。海水是軟泥水中金屬的供源,金屬微粒流由上往下運移,並通過作為媒介的軟泥水持續地轉入軟泥中。既然金屬微粒流是由上而下運移,因此重力擴散作用的疊加效應加大了金屬流的向下運動,成了在堿性氧化環境的水岩係統中的濃度隨深度加大呈現濃度的遞減剖麵。該剖麵現已處在動態平衡狀態。