地化所鈣華沉積過程中的鈣同位素分餾研究獲進展

　　鈣華是巖溶區(qū)一種常見的次生碳酸鈣沉積物，同時也是一種高分辨率的古氣候環(huán)境載體。由于鈣華具有較高的沉積速率(0.1~20mm/a)，使得其重建古氣候的分辨率可達年、季尺度。這有利于對突發(fā)且持續(xù)短的重大氣候環(huán)境事件(如重大洪水或干旱事件、地震等)和年—百年尺度氣候變化的揭露。

　　古氣候環(huán)境的變化可以通過鈣華的微層厚度、微量元素比值以及同位素組成記錄下來。其中，氧和碳同位素組成是最為常用的氣候指代指標(biāo)。由于影響因素復(fù)雜，氧和碳同位素組成都存在指向性模糊的缺點。鈣是鈣華中除氧和碳以外的另一個主量元素，然而目前卻沒有關(guān)于鈣華鈣同位素組成控制機理以及氣候指代意義的研究。

　　中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點實驗室研究員劉再華帶領(lǐng)的鈣華研究小組通過對云南白水臺鈣華沉積渠道和鈣華水池進行系統(tǒng)的監(jiān)測取樣，發(fā)現(xiàn)在鈣華形成過程中，輕的鈣同位素優(yōu)先沉積下來，導(dǎo)致剩余水體中鈣離子的同位素組成變重，從而表現(xiàn)出向下游增大的變化規(guī)律，鈣華的鈣同位素組成也繼承了這個規(guī)律。由于泉水的鈣同位素組成很穩(wěn)定，因此在白水臺地區(qū)，沉積水體和鈣華的鈣同位素組成主要受沉積的鈣離子的量控制，也就是說，泉水流到某一地點鈣離子濃度的減少量決定了該點水體和鈣華的鈣同位素組成。前期研究表明，鈣離子的減少量與水動力條件有關(guān)，因此在白水臺地區(qū)，鈣華的鈣同位素組成可用于反映水動力條件的改變。

　　此外，研究還發(fā)現(xiàn)鈣華與沉積水體間鈣同位素分餾的大小與沉積速率有關(guān)：在渠道系統(tǒng)，沉積較快，兩者的鈣同位素分餾值約為-1.6‰，在池子系統(tǒng)，沉積較慢，分餾值為-1.2‰左右。這是首次用自然樣品證實了沉積速率對碳酸鈣沉積時鈣同位素分餾有顯著影響。通過對數(shù)據(jù)進行模擬，得到在碳酸鈣沉積時鈣同位素的平衡和動力分餾常數(shù)分別為1.0000 ± 0.0002和0.9983 ± 0.0002，這與前人實驗研究(Tang et al., 2008)和野外研究(Nielsen & DePaolo, 2013)得到的結(jié)果一致，這意味著自然界中碳酸鈣沉積過程導(dǎo)致的鈣同位素分餾在-2~0‰之間。

　　相關(guān)成果發(fā)表在國際地球化學(xué)雜志Chemical Geology 上。