氧同位素在古温度重建及水循环研究中的应用陈波1*,朱茂炎1,21.中国科学院南京地质古生物研究所,生物演化与环境卓越中心,现代古生物学和地层学国家重点实验室,南京210008;2.中国科学院大学地球与行星科学学院,北京100049*联系人,E-mail:chenbo@nigpas.ac.cn2022-11-18收稿,2023-01-29修回,2023-01-30接受,2023-02-01网络版发表国家重点研发计划(2022YFF0800100)、中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB26000000)和国家自然科学基金(42272025,41921002)资助摘要适宜的温度是宜居地球最基本的要素之一.地质历史时期海水温度演变规律成为揭示地球气候变化和生物演化的关键环境参数.目前,恢复深时古海水温度最常用的技术手段是碳酸盐和磷酸盐矿物化石骨骼的氧同位素组成.但该方法面临成岩蚀变、化石属种的生命效应、区域性海水氧同位素组成差异、海水氧同位素组成是否随时间发生变化等诸多不确定性因素的影响.本文在回顾深时氧同位素古温度计基本原理的基础上,详细评估了成岩蚀变、生命效应、区域性海水同位素组成等不确定性因素对准确重建深时古温度的制约和解决方法;同时,还对应用氧同位素指标开展深时地表和深部水循环研究中的进展与存在的问题进行了探讨.关键词碳酸盐化石,磷酸盐化石,岩石圈,水圈,深部水循环,表层水循环作为地球宜居性的最基本要素,地球海水温度对揭示地球表层环境和生物演化至关重要.地质时期一些重大生物事件往往与温度变化息息相关[1,2].例如,海水温度下降到现代赤道海水范围(25~30°C)[3]被认为是奥陶纪生物大辐射的重要前提条件[4],而异常高温也被认为是造成生物在二叠纪末发生大灭绝[5]和之后早三叠世延迟复苏的主要原因[6].目前,利用保存较好的碳酸盐和磷酸盐质矿物(尤其是腕足类、有孔虫、牙形刺等化石)的氧同位素温度计,是显生宙古温度重建的最主要手段.当前,构成我们对显生宙海水温度演化历史认识的主要依据就是大量的化石氧同位素数据[7].然而,化石氧同位素温度计受后期成岩蚀变、化石属种的生命或生态效应、海水氧同位素组成是否随时空变化等诸多因素的影响.这为准确重建深时古温度带来了诸多不确定性,导致不同学者提出的显生宙古海水温度演化曲线存在显著差异[7~9].对这些不确定影响因素进行系统评估,将有助于厘清产生差异存在的原因,明确研究中存在的问题和今后的发展方向.同时,水循环在地球系统中的能量和物质交换发挥着关键作用[10],作为岩石圈、大气圈和水圈等圈层的主要组成元素,氧在各个圈层的同位素组成可以很...
