碳酸鹽巖伴生硫酸根作為古海水代用指標研究取得新進展

　　 近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室研究員顏文領導的“趙煥庭南海島礁科學鉆探研究攻關突擊隊”在碳酸鹽巖伴生硫酸根作為古海水代用指標研究上取得新進展，相關成果發(fā)表在Chemical Geology《化學地質》上，副研究員邸鵬飛為論文第一作者，邸鵬飛和顏文為論文通訊作者，德國漢堡大學Peckmann教授、上海海洋大學陳多福教授等為論文合作者。

　　海洋作為地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)之一，對全球氣候和生態(tài)平衡有重要影響。因此，通過研究海洋的歷史變化，可以更好地了解地球環(huán)境的演變。而了解古海水的組成是研究海洋歷史變化的關鍵。但由于古海水的化學組成難以直接測量，需要借助一些代用指標來進行研究。其中，碳酸鹽伴生硫酸鹽（CAS）是一種重要的古海水組成代用指標，它可以記錄全球硫循環(huán)、地球表面氧化還原演化和生物活動的信息。然而，早期成巖作用可能會影響CAS的穩(wěn)定性，從而改變CAS的同位素構成，影響研究結果的準確性。因此，本研究旨在探究早期成巖作用對于珊瑚礁碳酸鹽中CAS同位素信號的影響，并確定珊瑚礁碳酸鹽能否準確記錄海水同位素組成的變化。  

　　通過對礁碳酸鹽巖中CAS含量及其同位素比值的測定，研究人員發(fā)現(xiàn)礁碳酸鹽受大氣和海洋成巖作用及白云石化作用的影響。在大氣和海洋成巖作用過程中，CAS含量迅速下降，當長期暴露于地面，其含量降到最低水平。另外，相較于同期重晶石的20.9 ~ 22.7‰的 ³⁴S_CAS值，礁碳酸鹽的含量相對較低，但其 ³⁴S_CAS值保持在21.5 ~ 24.1‰的狹窄范圍內波動。這一現(xiàn)象表明原始的 ³⁴S_CAS值得以完好保存下來，基本不受重結晶過程的影響。研究還發(fā)現(xiàn)，與硫同位素相比，氧同位素更容易受到成巖作用的影響。  

　　圖1 NK-1井礁碳酸鹽巖礦物組成(A)、Mg/Ca比值(B)、Fe和Mn含量(C)、 ¹⁸O和 ¹³C同位素(D)、Mn/Sr和Fe/Sr比值(E)、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值(F)、Sr數值同位素年齡(G)、WSS和CAS含量(H)、 ³⁴S_CAS比值(I)和 ¹⁸O_CAS比值(J) 

　　圖2 CAS ³⁴S_SO4和 ¹⁸O_SO4結果使用最佳年齡模型繪制年齡圖。重晶石 ³⁴S_SO4和 ¹⁸O_SO4在同一時間間隔(黑線)進行比較(Paytan et al., 1998; Kurtz et al., 2003; Turchyn and Schrag, 2006)  

　　本研究為古海水硫和氧同位素記錄提供了新的思路，有助于更準確地了解古海洋的歷史變化。  

　　該研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、海南省重點研發(fā)專項、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項項目的聯(lián)合資助。同時，感謝參與“南科1井”野外科學鉆探的全體工程技術和科研工作人員。   

　　相關論文信息：Di Pengfei*, Li Niu*, Gong Shanggui, Peckmann J？rn, Wang Shuhong, Chen Duofu, Yan Wen*, 2023. Carbonate-associated sulfate as an archive of sulfur and oxygen stable isotope composition of seawater sulfate: Evidence from reef carbonate rocks of the southern South China Sea. Chemical Geology 638, 121699.  

　　論文鏈接：  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123003996?via%3Dihub