濱珊瑚團簇同位素研究取得進展

2020-12-08 騰訊網

濱珊瑚（Porites）是重建熱帶海洋氣候環境演變的重要研究載體，利用濱珊瑚骨骼碳酸鈣中的氧同位素組成（δ18O）可重建海水錶層溫度（sea surface temperature, SST）的變化。然而這種重建往往受海水δ18O值變化的影響。近年來不斷發展的新型同位素體系——碳酸鹽團簇同位素（clumped isotope，以Δ47值量化表示）具有指示礦物形成溫度而無需假設海水δ18O值的特性。因此，團簇同位素已逐漸發展成新型的地質溫度計，並開始在古氣候研究中得到應用。由於珊瑚骨骼碳酸鹽在形成過程中通常受到生物因素的影響，使得同位素組成無法達到熱力學平衡，結果導致濱珊瑚的Δ47值比在相同溫度條件下形成的無機碳酸鈣的值要偏高。然而，對不同的珊瑚個體之間以及同個珊瑚個體內部在Δ47值不平衡分餾上是否有顯著差異目前尚未明確，這將影響到珊瑚Δ47不平衡分餾的有效校正和重建海水溫度的準確性。

針對以上科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學學科組博士郭煬銳和研究員鄧文峰等採集了海南島南部和西沙群島的現代濱珊瑚樣本，對其骨骼進行月解析度取樣並分析Sr/Ca比值、碳-氧同位素和團簇同位素組成，並與現代的器測SST記錄和海水同位素組成進行對比研究。研究結果發現，珊瑚個體內部同一時期不同生長部位的Δ47值之間存在顯著的差異而δ18O值的差異較小（圖1）。這種Δ47-δ18O的分餾關係可能指示了一種新型生物分餾現象，有別於以往研究認為的與CO2擴散、羥基化、水合化反應相關的同位素非平衡分餾機制。儘管珊瑚骨骼鈣化過程中同位素的分餾普遍受到其本身生物因素的影響，但總體上珊瑚Δ47值依然與SST保持顯著的相關性（圖2），從而具有指示季節性海水溫度的應用價值。該研究成果進一步鞏固了濱珊瑚團簇同位素在重建海水古溫度方面的應用潛能。

該項研究受廣州地化所135項目、中科院儀器功能開發項目、國家自然科學基金項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室重大專項團隊項目和國家重點研發計劃項目等的聯合資助，成果發表在Journal of Geophysical Research: Biogeosciences上。

圖1 濱珊瑚個體內部骨骼Δ47和δ18O在相同生長時期的不平衡分餾偏差

圖2 濱珊瑚骨骼Δ47值的溫度相關性與無機或自然碳酸鹽的對比

來源：中國科學院廣州地球化學研究所

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