二叠纪－三叠纪之交不同沉积相古海水镓同位素对比及指示意义

Chemical weathering is an important factor in continental erosion and soil development as well as in stream composition and the delivery of dissolved constituents to the ocean. Understanding the behavior of gallium in this process is particularly interesting because it is one of a suite of trace elements delivered to the ocean primarily through continental input, with a short residence time of 100–750 years in the ocean. Thus, gallium concentration and its isotope are sensitive to reflect of the short-term changing continental input through time in the modern and past ocean. We will systematically collect marine sediment across the Permian-Triassic boundary in south China. The high-resolution gallium isotopic composition will be compared from different depositional setting in the Permian-Triassic transitional sections, where the shallow-water facies from Meishan section and Xiakou section and the deep-water facies from Dongpan section, respectively. To investigate the complex processes controlling gallium isotope fractionation on such a shale across the Permian-Triassic boundary, with specific emphasis to distinguish among these possibilities and thereby constraining the causes of biotic crisis of end-Permian.

本研究通过建立二叠纪－三叠纪之交不同相带连续剖面海相碳酸盐岩的Ga同位素随时间演化曲线，在分析不同储库的镓同位素组成的基础上，结合已有的精确地层年代学数据，对比不同相带（深水相和浅水相）Ga通量和Ga同位素的变化规律，在时间尺度和空间尺度上高分辨率恢复二叠纪－三叠纪之交不同沉积相带古海水受大陆源地壳风化影响的信息，为二叠系－三叠系（P–Tr）之交绝灭事件的成因提供新证据和认识。

本研究通过对华南二叠系－三叠系(P–Tr)之交连续剖面海相碳酸盐岩的Ga同位素组成进行研究，取得了以下成果：.1） 建立了高精度镓同位素测定方法，采用SSB和内标法的结合法（C-SSBIN法）来校正仪器质量分馏，以Cu做内标测定Ga同位素，与传统直接SSB法相比，C-SSBIN法的分析精度可以提高2倍。.2） 通过对二叠系－三叠系(P/Tr)之交高分辨率海相碳酸盐岩的镓同位素进行研究，结果表明，在晚二叠世生物大灭绝之前约10.8kyr，Ga同位素具有明显快速降低的趋势，Ga/Ti比值也有变大的趋势，表明在LPME之前10.8kyr时间段内，同期古海洋中Ga通量发生了明显改变，暗示同期强烈的化学风化作用导致大量的Ga进入海洋，在这个过程中，由于偏重的71Ga容易被风化过程中形成的大量氧化物吸附，而偏轻的69Ga被释放进入流体相，导致大量的偏轻镓同位素优先进入海洋，此外，Ga/Ti比值的上升，并对应TOC具有增大的趋势，有可能与由于风化作用导致的陆源营养物质的增多，使得以浮游植物为代表的初级生产力增大。.3）为了约束化学风化过程中Ga、Cu和Mo同位素分馏的影响因素，对海南岛玄武岩风化壳进行了系统研究。结果表明，在风化过程中，Ga、Cu同位素会产生明显的分馏，铁氢氧化物的吸附和解吸过程是控制Ga、Cu含量变化的主控因素，而偏重同位素优先被铁氢氧化物吸附，解吸过程中释放的同位素较轻。此外，在风化过程中，风化强度是控制Mo同位素分馏的重要因素，在风化过程早期，有机质会覆盖在次生矿物的表面，优先吸附偏重的Mo同位素，而在风化过程后期有机质被氧化释放出偏重的Mo同位素，次生的铁氧化物则吸附残余偏轻的同位素。.4） 全球海洋铁锰结壳的δ71/69Ga是不均一的，变化范围在0.54‰~ 0.98‰之间，此外，不同成因结壳的δ71/69Ga存在一定的差异，铁(锰)氧化物和生物活动是控制海洋Ga同位素分馏的重要因素。.在项目实施阶段，发表标注论文13篇，其中包括Geochimica et Cosmochimica Acta, J. Anal. At. Spectrom., Geostandards and Geoanalytical Research, Journal of Hydrology等国际SCI论文11篇以及核心期刊2篇。资助博士生4名，硕士生8人完成相关同位素的研究工作。