[发明专利]一种通过碳酸盐岩硼同位素组成重建中新元古代海水硼同位素组成的方法

说明书

本发明提供了一种通过碳酸盐岩硼同位素组成重建中新元古代海水硼同位素组成的方法，属于碳酸盐硼同位素的应用技术领域。本发明提供了一种基于分相溶解的碳酸盐岩硼同位素测定方法，碳酸盐岩经除去表层吸附，实现了碳酸盐相的分离，避免了碳酸盐岩中粘土等杂质对检测结果的影响，离子交换处理时调节pH值为5.0～6.0避免了金属阳离子产生沉淀造成硼的吸附和同位素的分馏，通过碳酸盐岩硼同位素组成重建中新元古代海水硼同位素组成的方法，为古海洋硼同位素的研究提供了一种新方法，新思路，对于地球早期海洋的研究有重大意义。

技术领域

本发明涉及碳酸盐硼同位素的应用技术领域，尤其涉及一种通过碳酸盐岩硼同位素组成重建中新元古代海水硼同位素组成的方法。

背景技术

近现代海水的硼同位素组成稳定，海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成取决于海水中B(OH)₄^-的硼同位素组成，而B(OH)₄^-的硼同位素组成是海水pH值的函数。现阶段大多数学者都认为碳酸盐形成过程中海水中的硼主要以B(OH)₄^-形式进入碳酸盐晶格，该过程不产生明显的硼同位素分馏，因此海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成能够反映海水中B(OH)₄^-的硼同位素组成，即δ¹¹B_CaCO3＝δ¹¹B₄。因此可利用海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成有效示踪近现代海水pH值。δ¹¹B_CaCO3-pH_SW值计算公式如下：

通常用硼酸表观电离常数pK_B^*＝8.597；硼同位素在硼酸和硼酸根之间的分馏系数α_B＝1.0272，现代海水的硼同位素组成δ¹¹B_sw＝39.5‰计算近现代海水的pH值。δ¹¹B_CaCO3为海洋碳酸盐的硼同位素组成。现阶段重建古海水pH值最有效的方法就是利用海洋生物碳酸盐的硼同位素组成进行反演，研究了近现代海水pH值的系统变化及引起海水pH值变化的自然和人为原因，然而对于地球早期海水和海相碳酸盐岩的δ¹¹B、海水pH值和大气CO₂浓度的报道屈指可数。但是，基于现代硼同位素的循环所建立的模型认为海水的硼同位素组成在地质历史的时间尺度上可能是有显著变化的，如侏罗纪微晶灰岩δ¹¹B的研究认为，按侏罗纪微晶灰岩平均δ¹¹B＝11‰计算，若海水的pH值在7.5～8.3，那么海水的δ¹¹B_sw的变化范围是30‰～36‰；根据志留纪、泥盆纪、石炭纪及二叠纪腕足类方解石化石的硼同位素组成，运用箱式理论模拟获得整个显生宙海水硼同位素组成的演化历史，表明古生代海水的δ¹¹B_sw值比现代海水低10‰左右；对于P-T界限生物灭绝海洋酸化的研究认为海水的pH值在～252.0Ma大幅上升至8～8.4随后在～251.9Ma大幅下降至7.4～7.6，海水的δ¹¹B_sw的变化范围是34‰～36.8‰；根据早前寒武纪海相碳酸盐岩和海相地层中电气石的δ¹¹B值普遍较低的事实，估算得到太古代海水的δ¹¹B_sw值为27±11‰，明显低于现代海水的值；根据纳米比亚新元古代Chuos冰期(746Ma)和Ghaub冰期(635Ma)之上海相碳酸盐岩的硼同位素组成研究发现，Chuos冰期冰积岩之上海相碳酸盐岩的δ¹¹B_cc值在100多米的剖面上没有明显变化，主体分布在4‰左右，Ghaub冰期冰积岩之上海相碳酸盐岩的δ¹¹B_cc值在250米剖面上主体也分布在4.0‰左右，但底部盖帽碳酸盐的δ¹¹B_cc值快速降低，最小值达-4‰，之后快速反弹，又恢复到4‰左右，δ¹³C_cc值也基本同步变化，得出盖帽碳酸盐最初形成时海水的pH值最低在7.0左右，之后迅速恢复至8.3左右，接近工业化前的值8.2，如果δ¹¹B_cc≈4‰真实地反映了当时海洋碳酸盐岩的硼同位素组成，而没有受到了雪球事件的影响，海水与碳酸盐岩平衡，海水的硼同位素组成估计为～25‰，比现在海水的硼同位素组成低15‰左右，这是一个无论如何都不能忽略的差异。然而由于缺乏相关数据，很多研究仍使用现代海洋和海相沉积碳酸盐的δ¹¹B值代替地球早期海水和海相碳酸盐岩的δ¹¹B值，来判断海相或是非海相沉积环境，得出的结论必是有待商榷的，需要引起重视。