灣區(qū)時(shí)訊 近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員顏文領(lǐng)導(dǎo)的“趙煥庭南海島礁科學(xué)鉆探研究攻關(guān)突擊隊(duì)”在碳酸鹽巖伴生硫酸根作為古海水代用指標(biāo)研究上取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Geology《化學(xué)地質(zhì)》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(guó)漢堡大學(xué)Peckmann教授、上海海洋大學(xué)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(duì)全球氣候和生態(tài)平衡有重要影響。因此，通過(guò)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(guān)鍵。但由于古海水的化學(xué)組成難以直接測(cè)量，需要借助一些代用指標(biāo)來(lái)進(jìn)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(biāo)，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(dòng)的信息。然而，早期成巖作用可能會(huì)影響CAS的穩(wěn)定性，從而改變CAS的同位素構(gòu)成，影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，本研究旨在探究早期成巖作用對(duì)于珊瑚礁碳酸鹽中CAS同位素信號(hào)的影響，并確定珊瑚礁碳酸鹽能否準(zhǔn)確記錄海水同位素組成的變化。

通過(guò)對(duì)礁碳酸鹽巖中CAS含量及其同位素比值的測(cè)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(guò)程中，CAS含量迅速下降，當(dāng)長(zhǎng)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δ³⁴S_CAS值，礁碳酸鹽的含量相對(duì)較低，但其δ³⁴S_CAS值保持在21.5 ~ 24.1‰的狹窄范圍內(nèi)波動(dòng)。這一現(xiàn)象表明原始的δ³⁴S_CAS值得以完好保存下來(lái)，基本不受重結(jié)晶過(guò)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)、δ¹⁸O和δ¹³C同位素(D)、Mn/Sr和Fe/Sr比值(E)、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值(F)、Sr數(shù)值同位素年齡(G)、WSS和CAS含量(H)、δ³⁴S_CAS比值(I)和δ¹⁸O_CAS比值(J)。

圖2. CAS δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4結(jié)果使用最佳年齡模型繪制年齡圖。重晶石δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4在同一時(shí)間間隔(黑線)進(jìn)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(zhǔn)確地了解古海洋的歷史變化。

該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、海南省重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目的聯(lián)合資助。同時(shí)，感謝參與“南科1井”野外科學(xué)鉆探的全體工程技術(shù)和科研工作人員。 

相關(guān)論文信息：

Di Pengfei*, Li Niu*, Gong Shanggui, Peckmann Jörn, 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

通訊員/李淑 王沐眾 徐曉璐

責(zé)任編輯/劉秀