湖泊自生碳酸盐团簇同位素分析与达里湖区域古温度定量重建

中科院地质与地球物理所岳姣姣、王旭和肖举乐等通过一系列条件实验确定了湖泊自生碳酸盐团簇同位素测试的最佳前处理方法, 并成功用于定量重建Younger Dryas冷期我国北方的降温幅度。

碳酸盐团簇同位素(∆47)是一种新型、可靠的地质温度计。湖泊沉积物中自生碳酸盐是利用团簇同位素手段重建湖泊水温的理想材料。然而, 由于此类样品含有的有机质、硫化物等杂质会干扰团簇同位素的测定, 从而引起明显的温度测试偏差, 目前, 碳酸盐团簇同位素手段在湖相碳酸盐上的应用仍然较少。因此, 探究有效去除污染物的方法是将碳酸盐团簇同位素测温法广泛应用于湖泊沉积物的前提之一。 

中国科学院地质与地球物理研究所岳姣姣、王旭和肖举乐等通过控制不同浓度过氧化氢(H2O2)溶液与达里湖自生碳酸盐样品（<38µm沉积物）进行不同时长的反应, 开展了一系列条件实验, 以寻求用于团簇同位素分析的最佳预处理条件。采用团簇同位素测试中获得的三个参数(∆47、∆48偏移量和49参数)来评估不同前处理条件下污染物的去除效果。结果显示, 对未经处理的样品(“0%-0”), 其49参数呈现显著高值。经过氧化氢溶液处理后, 49参数显著降低, 而∆48偏移量出现增加。对于不同条件下处理的样品, 虽然测得的∆47温度值变化范围较窄((17.0±1.3)℃~(22.8±1.6)℃), 而∆47、∆48偏移量和49参数却呈现了显著的变化。在所有样品中, 样品“3%-8”具有较小的∆48偏移量、49参数, 且∆47温度较低, 为(17.0±1.3)℃，符合温度预期值。因此, 对于湖泊细颗粒自生碳酸盐团簇同位素分析而言, “与浓度为3%的过氧化氢溶液反应8h”是去除污染物的最佳条件。当预处理条件过强(即过氧化氢(H2O2)溶液浓度>3%和/或反应时间>8h), 封闭反应系统中可能会形成再生污染物, 其最终转化态可能会干扰质量数为47、48的同位素信号。通过最佳条件预处理达里湖末次冰消期的6个自生碳酸盐样品, 获得了合理的∆47温度值, 发现我国北方在Younger Dryas (YD)冷期出现了约6℃的降温。

达里湖碳酸盐团簇同位素古温度（红色圆点）、CaCO3含量（蓝色线）与格陵兰冰芯NGRIP氧同位素记录对比图

研究表明, 碳酸盐团簇同位素测温法在湖泊沉积物上具有巨大应用潜力, 对古温度、古高度的定量重建工作具有重要意义。

出版信息

中文出版信息：

岳姣姣, 肖举乐, 王旭, 范佳伟, 秦奔. 2021. 湖泊自生碳酸盐团簇同位素分析与区域古温度定量重建——以内蒙古达里湖为例. 中国科学: 地球科学, 51(3): 411–425

英文出版信息：

Yue J, Xiao J, Wang X, Fan J, Qin B. 2021. Clumped isotope analysis of lacustrine endogenic carbonates and implications for paleo-temperature reconstruction: A case study from Dali Lake. Science China Earth Sciences, 64(2): 294–306

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