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学术成果

我院孟凡巍教授在地球历史海水成分演化与氯同位素之间的关系研究取得重要进展

海水氯同位素的分馏:来自海水成分的影响

 

地球历史上的海水成分,并不是一成不变的。根据石盐包裹体分析,显生宙期间海水成分发生了显著的变化:海相石盐包裹体内卤水成分在富Ca的Na-K-Mg-Ca-Cl体系(“方解石海”期间)和富SO4Na-K-Mg-Cl-SO4体系(“文石海”期间)之间波动(Kovalevich et al., 1998; Lowenstein et al., 2001)。在方解石海时期,海相碳酸盐岩主要为方解石沉积;海相蒸发岩的钾盐中缺乏MgSO4矿物,主要为钾石盐;在文石海时期,海相碳酸盐岩主要为文石沉积;海相蒸发岩钾盐中的含钾矿物,为硫酸盐为主的矿物。Kovalevich等(1998)通过石盐包裹体恢复了各个地质时代的海水成分,奥陶纪、石炭纪早期、侏罗纪早期和古新世等地质时代缺乏数据。孟凡巍等(2018)通过石盐包裹体恢复了奥陶纪的海水成分,证明该时期也属于“方解石海”。

整个海水成分的变化,海相蒸发岩底部石盐(盆地卤水首先开始沉积的石盐)的Br含量,也随着“方解石海和 “文石海”成分的波动而变化。石盐和卤水之间,已经发表的文献认为稳定氯同位素的分馏系数(αhal-br)接近1.0003。然而,令人困惑的是在方解石海时期,石盐中的氯同位素数据,与文石海时期沉积的石盐氯同位素数据相比,更加偏负。

整个地球历史时期,海水的氯同位素δ37Cl基本不变,都在0左右。因此,另外一种解释,就是石盐和卤水之间氯同位素的分馏系数(αhal-br),实际上还受到海水成分的影响。显生宙海水化学的长期变化,影响了氯同位素的分馏系数;从而造成了地质历史时期海相蒸发岩的氯同位素的变化。

 

1. 海相蒸发岩中石盐相δ37Cl海相钾盐和海相碳酸盐岩矿物学变化 (Hardie, 1996),基底盐岩中Br含量变化之间的关系(Siemann, 2003)

  中国矿业大学孟凡巍教授与美国亚利桑那大学地球科学系Eastoe C.J.教授合作的该相关研究成果,近期发表在国际知名地球科学杂志Chemical Geology上。

论文信息如下:

C.J. Eastoe, Fanwei Meng. 2024. Is Cl isotope fractionation in the seawater-evaporite system dependent on seawater chemistry? Chemical Geology Volume 644: 121832

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123005338?dgcid=coauthor

 

本研究得到了中国科学院基础前沿科学研究计划(项目号:ZDBS-LY-DQC021)和青海省科技计划项目(项目号:2022-ZJ-Y08)的资助。

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