钙华沉积体系氧同位素分馏机制研究取得新进展

 近年来，钙华作为高分辨率古气候环境重建的重要载体，越来越受到第四纪研究者的重视。由于钙华具有较高的沉积速率(0.1~20mm/a)，使得其重建古气候的分辨率可达年、季尺度。这有利于对突发且持续短的重大气候环境事件(如重大洪水或干旱事件、地震等)和年—百年尺度气候变化的揭露。 

 然而，利用钙华进行高分辨率的古气候重建研究，首先必须了解钙华的形成机理及其气候替代指标与气候因子之间的关系。在气候替代指标中氧稳定同位素的记录无疑是人们关注的重点。然而，目前国际上普遍接受的Kim & O’Neil (1997)氧同位素平衡分馏系数的适宜性和影响钙华氧同位素平衡分馏机制的研究还很缺乏。 

 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员带领的钙华研究小组通过对云南白水台多个钙华池的钙华-水氧同位素分馏系数与钙华沉积速率的相关分析，发现分馏系数明显受沉积速率的控制：沉积速率越慢，钙华-水氧同位素的分馏越容易达到平衡。当钙华沉积速率低于0.38 mg cm^-2d^-1时钙华-水氧同位素近似达到平衡分馏，并建立了氧同位素分馏系数与钙华沉积速率之间的关系方程。此外，研究结果支持Coplen (2007)的研究结论，即方解石-水氧同位素的平衡分馏系数大于之前普遍接受的Kim & O’Neil (1997)提出的值。同时，研究结果也支持Dietzel et al. (2009)的研究结论，即随着沉积速率的升高，动力分馏效应优先使轻的¹⁶O进入方解石晶体。 

 该研究指出，由于钙华沉积速率的季节变化非常明显，因此在利用钙华氧同位素记录进行古气候重建时，必须考虑钙华沉积速率对氧同位素季节变化重建温度的影响。对于表生钙华(系统CO₂主要来源于土壤CO₂)，其沉积速率变化主要受温度控制，表现为夏-秋季高，而冬春季低，这样夏秋季较高的沉积速率就会使本就偏负的氧同位素（温度效应）进一步偏负，因此放大了氧同位素重建的温度季节变化幅度，使重建的古温度变化范围偏大（可达7-8^oC）。而对于内生钙华(系统CO₂来源于深部成因CO₂)而言，其沉积速率主要受稀释效应的控制，其沉积速率的季节变化正好与表生钙华相反，为夏-秋季低，而冬-春季高。冬春季温度较低，钙华氧同位素应该偏正，但是较高的沉积速率使其氧同位素值偏负，进而抵消或减弱了氧同位素的季节变化，使重建的古温度的变化幅度偏小。 

 相关成果发表在国际权威地球化学杂志《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703714001604 

                                                                                            （刘再华课题组 供稿）