利用石笋滴水杯进行聚集同位素温度重建

同位素动力学分馏导致钟乳石亚空中同位素温度估算偏差，本研究通过分析墨西哥洞穴钟乳石滴杯中心亚 aqueous 样品，发现其δ18O和δ13C值及Δ47值与亚空干区域存在显著差异，表明滴杯中心因水滴短暂浸泡减少分馏效应，推断古温度比现代洞穴温度高1-2℃，比区域重建值高3-7℃。

摘要

研究背景

由于洞穴沉积物（如石笋和流石）在形成过程中会经历动力学分馏作用，导致测得的温度偏高，因此将团簇同位素古温度测量技术应用于这些沉积物的研究主要局限于水下样本。洞穴沉积物是几乎遍布全球的陆地环境记录，能够精确地记录数百万年以来的气候变化。因此，如果能够更广泛地应用团簇同位素技术来研究洞穴沉积物，将大大加深我们对地球热历史的理解。在本研究中，我们评估了洞穴沉积物中的滴水杯（石笋顶部形成的凹形区域，滴水在此积聚形成水下环境）是否能够提供可靠的古温度信息。

方法

我们在墨西哥尤卡坦半岛Ch’en Mul洞穴中的MAYA 22-7石笋的两个等时层上进行了采样，该石笋的年龄被测定为1650±23年。我们测量了从滴水杯中心向外不同距离处的稳定同位素（δ¹⁸O和δ¹³C）以及团簇同位素（Δ₄₇）的值，以检测动力学分馏效应。

结果

与陆地部分相比，滴水杯中心的水下区域的δ¹⁸O、δ¹³C值较低，而Δ₄₇值较高，这表明水下区域的同位素分馏作用较弱。从水下滴水杯样本推断出的平均团簇同位素温度（T_Δ47）比现代洞穴温度高1°C–2°C，比基于邻近地区重建数据及TEX₈₆分析得出的形成时期古温度高3°C–7°C。这表明动力学分馏效应仍然存在。

结论

尽管动力学分馏效应持续存在，但从水下滴水杯样本推断出的温度较低，说明该区域的降水过程更接近平衡状态。我们认为，滴水杯中的碳酸盐沉积物具有提供可靠古温度信息的潜力，并提出了一种通过采样等时层来检测洞穴沉积物中团簇同位素动力学效应的通用方法。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

所有数据集可向通讯作者（[e-mail]）索取，并将在论文发表前上传至Earthchem Archive数据库。