海山的地球化学特征 基本定义与地质背景 首先，明确“海山”是一座从海底隆起但未露出海面的孤立或成群的水下山体。其地球化学特征，特指构成海山的岩石及其所含矿物的化学成分、同位素组成等信息。这些特征直接记录了海山的岩浆来源、形成过程以及与周围海洋环境的相互作用。 岩石类型与主要元素组成 绝大多数海山由火山岩构成，主要是 玄武岩 。通过分析玄武岩中的主要元素（如硅、铝、铁、镁、钙、钠、钾、钛、磷的氧化物含量），可以对其进行分类。海山玄武岩通常属于 洋岛玄武岩 系列，与形成大洋中脊的洋中脊玄武岩在成分上有显著区别，例如普遍含有更高的碱金属（钾、钠）和钛，以及不相容元素（如钡、铷、钍）。这种成分差异指向了不同的地幔源区。 痕量元素与同位素示踪 这是揭示海山“身世”的关键。痕量元素（特别是稀土元素）和放射性同位素（如锶-87/锶-86、钕-143/钕-144、铅-204/206/207/208、氦-3/氦-4）是极其灵敏的“地质指纹”。 地幔源区识别 ：海山玄武岩的痕量元素配分模式通常显示富集特征。同位素比值则明确指示其岩浆来源于 富集型地幔 ，而非上涌对流的地幔。例如，高比例的氦-3通常与来自深部、未充分脱气的原始地幔物质有关。 地幔柱假说证据 ：许多大型海山链（如夏威夷-皇帝海山链）被认为是地幔柱活动的产物。沿着海山链，系统变化的同位素和痕量元素组成，被解释为地幔柱头（富集）和地幔柱尾（相对亏损）物质比例变化，或地幔柱穿越不同性质的地幔域的结果。 岩浆演化过程记录 海山的岩石并非单一岩浆直接喷发的产物。地球化学数据可以反演岩浆在上升过程中的演化。 部分熔融程度 ：轻稀土元素与重稀土元素的比值等指标，可以估算地幔源岩发生部分熔融的程度。 分离结晶作用 ：随着岩浆冷却，某些矿物（如橄榄石、辉石、长石）会先结晶并下沉，导致残余岩浆成分变化。通过分析主量元素与相容/不相容元素的关系，可以建立晶体分离模型。 地壳混染 ：当岩浆穿过较厚的大洋地壳或洋底高原时，可能熔化或混杂围岩。异常的锶、铅、氧同位素比值或出现地壳特有的锆石等矿物，是地壳物质混入的证据。 海底风化与水岩相互作用 海山形成后长期浸泡在海水中，其表层岩石会发生蚀变。 低温蚀变 ：海水与玄武岩反应，消耗海水中的镁和氧，释放出钙、钾、硅等元素，形成黏土矿物（如蒙脱石）、沸石等次生矿物。这会显著改变岩石的氢、氧、锶同位素组成，使其向海水值靠近。 热液蚀变 ：在海山内部或底部，可能因余热或后期活动存在热液循环。高温水岩反应会形成绿帘石、绿泥石等矿物，并可能导致金属元素（如铁、锰、铜、锌）的富集，有时形成铁锰结壳或矿床。 铁锰结壳的地球化学特征 许多海山坡面覆盖着缓慢生长的 富钴铁锰结壳 。它们是直接从海水中化学沉淀形成的，其层状结构记录了数千万年来的海洋环境变迁。分析结壳中的元素（钴、镍、铂、稀土元素等）含量和同位素（如铍-10、锇同位素），可用于追溯古海洋生产力、底层水化学、宇宙尘埃通量甚至地磁场变化的历史。 总结：海山的地球化学特征是一个从地幔深处到海底表面的完整信息链，它既是 深部地幔物质组成和动力学过程的探针 ，也是 岩浆房内部分异过程的记录者 ，同时还是 长期海底相互作用的产物 。通过对不同部位、不同时代岩石样品的系统地球化学分析，可以精细地重建海山的生命史及其所处的深部和表层环境演化。