成冰纪（635-720Ma）的“雪球地球”事件是地球上最极端的气候灾变之一，消冰期广泛发育的盖帽白云岩及其碳同位素的变化记录了地球碳循环的剧烈扰动。盖帽白云岩的成因一直以来是学界研究的热点，研究盖帽白云岩的成因不但可以揭示古环境特征及演化，更能决定可否利用其地球化学成分反演同期海水的化学性质，进而揭示古老海洋的特征及演变。

       海洋碳酸盐岩的稳定钙（δ^44/40Ca）和锶（δ^88/86Sr）同位素组成是研究碳循环动力学、海水地球化学和碳酸盐岩沉积特征（Wang et al., 2021; Wang et al., 2023）的重要手段。结合钙、锶同位素的动力学分馏特征，联用δ^44/40Ca-δ^88/86Sr多同位素指标可以用来区分质量分馏信号及包括通量不平衡、成岩作用在内的混合信号。

       近期，耶鲁大学的王久源博士将其建立的δ^44/40Ca-δ^88/86Sr多同位素体系运用于来自于纳米比亚地区马里诺冰期后（～635Ma）沉积的两个盖帽碳酸盐岩序列（盖帽白云岩及上覆灰岩）。

图1 纳米比亚地区马里诺冰期盖帽白云岩δ^44/40Ca-δ^88/86Sr多同位素交汇图，色标代表样本⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值。

       研究发现，这些碳酸盐岩保存了由同位素动力学效应和海水-淡水混合效应形成的原始环境信号。其中，台地边缘剖面盖帽白云岩的稳定钙-稳定锶同位素具有良好相关性，其质量分馏线斜率与实验室合成方解石斜率(Bohm et al., 2012)一致，代表该盖帽白云岩的钙、锶同位素变化仅受碳酸盐沉积速率影响，而未遭受严重的成岩作用改造。该现象还发现于澳大利亚泻湖内的碳酸盐岩(Shao et al., 2020)和白垩纪OAE1a大西洋浅水台地碳酸盐岩(Wang et al 2021)。结合蒙特卡洛混合模拟计算，作者推断该剖面的盖帽白云岩可能以原生白云石的方式直接沉降于由冰川融水为主导的环境内。相较而言，另一个台地内剖面的盖帽白云岩则展现出更多地受混合水体影响的特征。

       此外，研究发现高沉积速率的样品往往具有较高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值，表明消冰期的强烈风化及陆源输入促进了盖帽白云岩的形成。消冰期冰盖快速融化和淡水大量注入所形成的海水-淡水交汇作用加剧了局部地区的滨海过程(coastal process)，该过程能够为盖帽白云岩地球化学特征的异质性提供了简单而充分的解释。

       该成果于近期发表于地学顶级期刊Geochimica et Cosmochimica Acta，文章信息如下。Jiuyuan Wang, Andrew D. Jacobson, Bradley B. Sageman, Matthew T. Hurtgen, Application of the δ^44/40Ca-δ^88/86Sr multi-proxy to Namibian Marinoan cap carbonates, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2023,

       https://doi.org/10.1016/j.gca.2023.04.023

参考文献：

Böhm, F., Eisenhauer, A., Tang, J., Dietzel, M., Krabbenhöft, A., Kisakürek, B., Horn, C., 2012. Strontium isotope fractionation of planktic foraminifera and inorganic calcite. Geochim. Cosmochim. Acta 93, 300–314. 

https://doi.org/10.1016/j.gca.2012.04.038

Shao, Y., Farkaš, J., Mosley, L., Tyler, J., Wong, H., Chamberlayne, B., Raven, M., Samanta, M., Holmden, C., Gillanders, B.M., Kolevica, A., Eisenhauer, A., 2020. Impact of salinity and carbonate saturation on stable Sr isotopes (δ88/86Sr) in a lagoon-estuarine system. Geochim. Cosmochim. Acta 293, 461–476.

https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.11.014

Wang, J., Jacobson, A.D., Sageman, B.B., Hurtgen, M.T., 2021. Stable Ca and Sr isotopes support volcanically triggered biocalcification crisis during Oceanic Anoxic Event 1a. Geology 49, 515–519. 

https://doi.org/10.1130/G47945.1

Wang, J., Tarhan, L.G., Jacobson, A.D., Oehlert, A.M., Planavsky, N.J., 2023. The evolution of the marine carbonate factory. Nature 615, 265–269. 

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05654-5