碳酸盐岩伴生硫酸根作为古海水代用指标研究取得新进展

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2023-11-17 10:16:22

收录于合集： # 科研成果

湾区科技观察机构号

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湾区时讯 近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室研究员颜文领导的“赵焕庭南海岛礁科学钻探研究攻关突击队”在碳酸盐岩伴生硫酸根作为古海水代用指标研究上取得新进展，相关成果发表在Chemical Geology《化学地质》上，副研究员邸鹏飞为论文第一作者，邸鹏飞和颜文为论文通讯作者，德国汉堡大学Peckmann教授、上海海洋大学陈多福教授等为论文合作者。

海洋作为地球上最大的生态系统之一，对全球气候和生态平衡有重要影响。因此，通过研究海洋的历史变化，可以更好地了解地球环境的演变。而了解古海水的组成是研究海洋历史变化的关键。但由于古海水的化学组成难以直接测量，需要借助一些代用指标来进行研究。其中，碳酸盐伴生硫酸盐（CAS）是一种重要的古海水组成代用指标，它可以记录全球硫循环、地球表面氧化还原演化和生物活动的信息。然而，早期成岩作用可能会影响CAS的稳定性，从而改变CAS的同位素构成，影响研究结果的准确性。因此，本研究旨在探究早期成岩作用对于珊瑚礁碳酸盐中CAS同位素信号的影响，并确定珊瑚礁碳酸盐能否准确记录海水同位素组成的变化。

通过对礁碳酸盐岩中CAS含量及其同位素比值的测定，研究人员发现礁碳酸盐受大气和海洋成岩作用及白云石化作用的影响。在大气和海洋成岩作用过程中，CAS含量迅速下降，当长期暴露于地面，其含量降到最低水平。另外，相较于同期重晶石的20.9 ~ 22.7‰的δ³⁴S_CAS值，礁碳酸盐的含量相对较低，但其δ³⁴S_CAS值保持在21.5 ~ 24.1‰的狭窄范围内波动。这一现象表明原始的δ³⁴S_CAS值得以完好保存下来，基本不受重结晶过程的影响。研究还发现，与硫同位素相比，氧同位素更容易受到成岩作用的影响。

图1. NK-1井礁碳酸盐岩矿物组成(A)、Mg/Ca比值(B)、Fe和Mn含量(C)、δ¹⁸O和δ¹³C同位素(D)、Mn/Sr和Fe/Sr比值(E)、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值(F)、Sr数值同位素年龄(G)、WSS和CAS含量(H)、δ³⁴S_CAS比值(I)和δ¹⁸O_CAS比值(J)。

图2. CAS δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4结果使用最佳年龄模型绘制年龄图。重晶石δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4在同一时间间隔(黑线)进行比较(Paytan et al., 1998; Kurtz et al., 2003; Turchyn and Schrag, 2006)

本研究为古海水硫和氧同位素记录提供了新的思路，有助于更准确地了解古海洋的历史变化。

该研究工作得到国家重点研发计划项目、海南省重点研发专项、中国科学院战略性先导科技专项项目的联合资助。同时，感谢参与“南科1井”野外科学钻探的全体工程技术和科研工作人员。