发布时间：2020-07-21 浏览次数：133
海水化学组成在地质历史时期曾经有过巨大变化。例如，最近5亿年来海水Mg/Ca比值在1至5之间波动，造成海洋化学在“方解石海”和“文石海”之间波动，并直接影响了海洋生物的演化和海洋沉积物的分布。海水Mg/Ca比值受多个过程控制，包括白云岩化、洋脊热液蚀变以及粘土矿物的形成，但地质历史时期这些过程如何演变并不清楚。由于这三种过程伴随着不同的Mg同位素分馏行为，因此当海水中的Mg/Ca比值发生变化时，海水Mg同位素组成也会有响应。通过研究海水Mg同位素的组成，我们可以了解现代和古代的Mg-Ca循环，从而理解地质历史时期的海水化学变化。在过去几年，有不同学者尝试利用海相碳酸盐岩重建古海水Mg同位素组成，但这些均属于间接的海水Mg同位素记录载体，有赖于同位素分馏系数的校正。
石盐是最常见的蒸发岩矿物，Mg无法进入石盐晶格，但石盐形成时会捕获大量流体包裹体。因此可以通过分析石盐的流体包裹体，直接测量古海水的Mg同位素组成。石盐样品Na含量极高，Na/Mg比值通常大于1000:1，甚至高达10000:1，而同位素分析需要将Na/Mg比值降低至1:100以下。常规的Mg同位素分析依赖于离子交换法提纯Mg，但Na和Mg的离子交换行为相似，几乎不可能单独通过常规的离子交换法将Na/Mg比值降低5个数量级以上。因此，对石盐的高精度Mg同位素分析，是一个极有挑战性的难题。
图1 实验室合成溶液样品验证石盐镁同位素分析方法的准确性。（红色
正方形代表纯硝酸镁的δ26Mg值,蓝色正方形代表具有不同Na/Mg比的合
成溶液样品经过“共沉淀预富集+离子交换”法分离提纯后的δ26Mg值）
图2 现代石盐沉积物与卤水具有一致的镁同位素组成。（蓝色正方形
表示的是现代死海沉积物的δ26Mg值，黑线代表的是死海卤水的δ26Mg值）
重点实验室李伟强教授团队多年来一直致力于古海水Mg同位素组成的反演研究。在多年白云岩研究的基础上，他们开拓蒸发岩研究领域，并选择石盐流体包裹体的Mg同位素测量作为突破口。他们采用了“共沉淀预富集+离子交换”结合的方法实现了对高Na低Mg样品的纯化和高精度Mg同位素分析。利用上述开发的方法，研究团队对来自世界不同地区、不同时代的海相石盐样品进行了高精度Mg同位素分析。初步结果显示浓缩早阶段形成的海相石盐有潜力直接记录同时代海水的Mg同位素组成。
这是国际上第一例石盐Mg同位素的研究，该研究报道了石盐Mg同位素的分析方法，为石盐重建古海水Mg同位素组成奠定了基础，也为我们了解古海洋开辟了新的途径。研究成果以“Extracting Mg isotope signatures of ancient seawater from marine halite: A reconnaissance”为题近期发表在国际地学期刊《Chemical Geology》上。南京大学地球科学与工程学院博士研究生夏芝广为论文第一作者，李伟强教授为论文通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划“特提斯东段深部海相钾盐勘查增储示范”课题 (No. 2017YFC0602801)、国家自然科学基金（No. 41622301, No. 41873004）的联合资助。