地質地球所發現葉蠟正構烷烴氫同位素可作為古高度計

2020-11-25 和訊

武夷山、神農架、貢嘎山和天山表土葉蠟正構烷烴δD-高度關係

　　山脈和高原的高程變化能為巖石圈的垂直運動提供指示或者約束，定量重建古高度不僅可以恢復山脈和高原的隆升過程，同時對於理解構造-地貌-氣候的演化及其相互作用也具有重要意義。根據大氣降水高程效應提供的δ-高度關係，用地表形成的自生礦物中δ18O或δD來估算古高度已經廣泛應用於青藏高原、內華達、安第斯等地區。然而，由於地層中可能缺失合適的自生礦物，加上礦物形成時溫度和蒸發條件的差異以及沉積後同位素交換導致的原生δ信號失真，這一方法仍然受到較大限制。

　　來自於陸生高等植物葉蠟中的正構烷烴(nC25-nC33，具有明顯奇偶優勢)廣泛保存於至少在白堊紀以來的沉積地層中，強的C-H共價鍵確保了即使在千萬年時間尺度內與地層水也只有極低的同位素交換。因此，葉蠟正構烷烴氫同位素組成(δDwax)能夠很好地記錄生物合成時所利用水的δD信息，從而可以用作新的穩定同位素古高度計。

　　為了發展這一方法，中科院地質與地球物理研究所新生代地質與環境研究室博士研究生羅攀與合作導師丁仲禮研究員等對中國武夷(000797,股吧)山、神農架、天山表土裡保存的葉蠟正構烷烴的δDwax開展了現代過程調查。研究結果發現，隨著海拔升高，δDwax逐漸變負，其平均高度遞減率為?2.27±0.38‰/100 m；天山高山帶由於西風水汽的貢獻導致了反置的δ-高度關係是個例外(見上圖)。這表明，δDwax敏感且系統地響應了高度變化，如果山脈和高原隆升過程中水汽來源沒有變化，就可以用這種線性遞減率來經驗地估算古高度的變化。

　　此外，在相對溼潤的神農架和乾旱但生長季降水充沛的天山，表土葉蠟正構烷烴-大氣降水間表觀分餾(εwax-p)相對一致，平均值為-130‰；而在極度溼潤的武夷山明顯變負-154‰。這意味著生長季水分脅迫可能是控制表土或者沉積物εwax-p的主導因素。如果將來積累更多的εwax-p數據並明確εwax-p在高山帶的變化，就可以基於不同氣候的εwax-p特徵值來計算大氣降水δD，再根據大氣降水δD-高度的關係來理論地估計山脈和高原的古高度。

　　該研究成果近期發表在國際知名的地學刊物Earth and Planetary Science Letters（《地球與行星科學通訊》）（Luo et al. Empirical relationship between leaf wax n-alkane δD and altitude in the Wuyi,Shennongjia and Tianshan Mountains, China: Implications for paleoaltimetry. Earth and Planetary Science Letters, 2011, 301(1-2): 285-296）。

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（責任編輯： HN666）

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