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廣州地化所在濱珊瑚團簇同位素研究上取得新進展

作者:嶺南科苑

孔隙是重建熱帶海洋氣候環境演變的重要研究載體,利用沿海珊瑚骨(18O)中碳酸鈣的氧同位素組成重建海面溫度(海面溫度,SST)的變化。然而,這種重建通常受到海水高溫18O值變化的影響。近年來不斷發展的新同位素系統,即碳酸鹽簇同位素(團簇同位素,以47的值量化),具有訓示礦物形成溫度而不假設海水到海洋18O值的特征。是以,簇狀同位素逐漸發展成為一種新型的地質溫度計,并開始在古氣候研究中得到應用。由于珊瑚骨碳酸鹽在形成過程中通常受到生物因素的影響,同位素組成不能達到熱力學平衡,導緻沿海珊瑚的氙氣值比在相同溫度條件下形成的無機碳酸鈣的值更高。然而,目前尚不清楚不同珊瑚個體之間和同一珊瑚個體内部47值分數值的不平衡分餾是否存在顯著差異,這将影響對珊瑚47值不平衡分餾的海水溫度精度的有效修正和重建。

針對上述科學問題,中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學系研究員郭偉瑞博士和鄧文峰博士利用海南島南部和西沙群島的現代沿海珊瑚樣本,以月度分辨率對它們的骨骼進行采樣,并分析了Sr/Ca的組成, 碳氧同位素和簇同位素,并将它們與現代儀器SST記錄和海水同位素組成進行了比較。結果表明,同一時期珊瑚個體内不同生長部位的47 o值存在顯著差異,18O值之間的差異較小(圖1)。這種47-18O的分餾關系可能預示着一種新的生物分餾現象,其與以往研究中與CO2擴散、羟基化和水合反應相關的同位素非平衡分餾機理不同。雖然珊瑚骨鈣化過程中同位素的分餾一般受其自身生物學因素的影響,但珊瑚十字花47值總體上仍與SST顯著相關(圖2),是以具有訓示季節性海水溫度的應用值。結果進一步鞏固了沿海珊瑚群同位素在重建古代海水溫度方面的潛力。

該研究由廣州地球化學研究所135項目、中國科學院儀器功能開發項目、國家自然科學基金項目、南方海洋科學與工程廣東實驗室重大專項項目和國家重點研發計劃共同出資,成果發表在《地球實體研究》雜志上: 生物地球科學。

郭旭東, 鄧偉, 魏國, 陳旭, 劉旭, 王旭, 羅麗, 蔡國, 曾志偉, 2020.探索現代孔隙珊瑚中聚集同位素的溫度依賴性。地球實體研究: 生物地球科學, 125(1): e2019JG005402.

廣州地化所在濱珊瑚團簇同位素研究上取得新進展

同一生期單個珊瑚内骨的不平衡分餾偏差分别為47和18O

廣州地化所在濱珊瑚團簇同位素研究上取得新進展

将47值珊瑚骨的溫度相關性與無機或天然碳酸鹽進行比較

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