钙华氧碳同位素组成的控制机理获新进展

地表钙华是一种常见的碳酸盐沉积物。它引起人们的关注一方面是它的旅游景观价值，如我国的四川黄龙九寨沟、美国的黄石公园、意大利的蒂沃利(Tivoli)、土耳其的棉花堡(Pamukkale)和克罗地亚的普里特维采(Plitvice)等著名世界自然遗产。另一方面，钙华作为高分辨率古气候环境重建的重要载体，近年来也越来越受到人们的重视。 

世界上发育的钙华被分成两大类，一类是大气成因类钙华(表生钙华)；另一类是热成因类钙华(内生钙华)，两者的根本区别在于沉积它们的水溶液的 CO₂来源不同：表生钙华起因于大气和土壤成因CO₂对碳酸盐岩的溶解和再沉积；而内生钙华起因于非大气和非土壤成因CO₂(如来自地球深部的变质成因CO₂或地幔成因CO₂)对碳酸盐岩的溶解和再沉积。由于CO₂来源的不同，利用钙华进行古气候环境重建时其环境替代指标(主要包括钙华的沉积速率、δ¹⁸O 和δ¹³C)的指代意义也可能是完全不同的.

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香格里拉县白水台内生钙华沉积渠道进行监测取样分析发现，沉积于2004~2011年间的近代钙华以及用沉积试片收集的现代钙华的碳氧同位素组成(δ¹³C和δ¹⁸O)均有明显的夏低冬高的季节变化趋势，且呈显著的正相关。通过模型定量研究发现，δ¹³C和δ¹⁸O的季节变化不仅仅反映气候因子(主要是降雨)的变化，还与系统内部的物理化学过程有关：地下水出露地表后，强烈的碳酸钙沉积和CO₂脱气使得水中溶解无机碳(DIC)的δ¹³C和δ¹⁸O变重，而变重的程度取决于水中剩余DIC的比例、沉淀以及脱气过程中的同位素分馏系数以及δ¹³C和δ¹⁸O的初始值。此过程使得上游W1号点钙华δ¹³C和δ¹⁸O的季节变化在下游W5号点被放大两倍。 

由于CO₂来源以及控制机理不同，上述物理化学过程对表生钙华δ¹³C和δ¹⁸O的影响则刚好相反：上述物理化学过程会抹平地下水中携带的气候/环境信息，扰乱表生钙华δ¹³C和δ¹⁸O的季节变化。因此，对于以往钙华研究者发现的利用表生钙华δ¹⁸O计算水温时会低估水温的季节变化，我们给出了一种新的可能原因，即物理化学过程抵消了温度变化造成的钙华δ¹⁸O的变化，从而使计算的变幅变小。 

该成果发表在国际地球化学杂志《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。原文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703716307402