Lithium Isotopic Composition of Marine Carbonate Rocks: A New Proxy for Paleo-pH Reconstruction
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摘要: 地球演化历史中海水的pH值发生了明显变化,海水pH值可能是控制海相碳酸盐岩能否形成及其成分演化的重要因素,对了解地球早期白云岩的成因和一些矿产的形成等均有重要指示意义.然而,记录海洋pH值变化的替代性指标非常稀少,常用的主要是碳酸盐(岩)的硼同位素.古老碳酸盐的硼同位素往往受到后期地质作用的影响,δ11B-pH转化过程中需要基于多种假设,硼酸和硼酸根之间的分馏系数(αB)、硼酸表观电离常数(pKB*)以及 δ11BSW的不确定性,使硼同位素分析结果具有多解性、不确定性.亟需多个独立指标对海水pH值进行限制,碳酸盐(岩)锂同位素是一个潜在的替代性指标,Roberts et al.(2018)发现有孔虫碳酸盐壳体的δ7Li与海水pH值呈显著负相关关系,认为6Li和7Li水合离子在进入碳酸盐晶格时要脱去溶剂水,这个过程的去溶能与pH值相关,导致锂离子进入有孔虫方解石壳体的过程中存在显著的同位素分馏.在对蓟县剖面中—新元古代海相碳酸盐岩碳酸盐相的硼、锂同位素进行研究时发现,纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成(4.9‰~13.4‰,平均8.03‰)明显低于现代海洋碳酸盐的锂同位素组成,中元古以来碳酸盐(岩)的锂同位素组成总体呈上升趋势.纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成与硼同位素组成及海水的pH值(δ11Bsw=25‰)呈明显反相关关系;硅质条带白云岩的硼、锂同位素组成也呈明显反相关关系,说明碳酸盐(岩)的锂同位素确实有可能成为一种潜在的pH值替代性指标.若碳酸盐(岩)锂同位素可以对海水pH值施加独立约束,那硼、锂同位素联合研究将对重建古海洋的pH值演化具有重大意义.
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