利用二次离子质谱（SIMS）分析珊瑚氧同位素组成及其在古气候研究中的意义

利用二次离子质谱(SIMS)分析珊瑚氧同位素组成及其在古气候 研究中的意义 元素-同位素的二次离子质谱(Secondary Ionization Mass Spectrometry:SIMS)分析是地球化学研究近年来发展起来的最前沿的微区原位 分析技术。随着SIMS分析技术的不断发展，其在珊瑚等生物碳酸盐微区分析及生 物地球化学过程的研究中逐渐得以推广应用，其技术上独特而强大的优势提供了 很多宏观尺度下无法获取的数据资料,在研究珊瑚生物活动的演变方面发挥着不 可替代的作用。当前，我国SIMS实验室逐渐增加，硅酸盐类矿物的元素-同位素测 试分析方法得到迅猛发展。 由于碳酸盐类标准物质比较匮乏,SIMS在生物碳酸盐的元素-同位素测试分 析方法的发展停滞不前。因此，面对这一困境,本论文进行了碳酸盐类氧同位素标 准物质的开发、珊瑚样品靶的研制和优化，初步建立了 SIMS分析高分辨率珊瑚氧 同位素组成的分析方法。在此基础上,本论文总结了近年来珊瑚微区元素与同位 素研究的代表性成果。 我们选取了有较好研究基础和代表性的三亚鹿回头、西沙七连屿和澳大利亚 Arlington环礁区的现代Porites lutea珊瑚。通过对现代Porites lutea珊瑚 开展持续时间达到3年的微区原位氧同位素组成分析，探讨温度、海水氧同位素 等环境因素和生物活动对微区原位氧同位素组成变化的影响。通过上述研究，获 得以下几方面的研究进展：1.通过对碳酸盐样品氧同位素的均一性检验和重复性 检验表明:Carrara大理岩和NBS-18可作为方解石微区氧同位素监控标 准,GIG-DoloOl和GIG-Dolo02可以作为白云石微区氧同位素标准物质。 在本实验室的仪器上，方解石的仪器分馅值约为-0. 80%。。本仪器白云石仪器 分馅值为9. 46%。,但方解石和文石之间存在着0. 6%。基体效应。2.结合珊瑚的显 微结构特征，我们对三亚鹿回头、西沙七连屿和Arlington环礁区的现代Porites lutea珊瑚进行20um高分辨率的原位微区氧同位素序列分析，经过校正后得到 准确的 6 180daily值。 结果表明，6〈sup>18〈/sup>0〈sub>daily〈/sub>分析结果内部精度优于0.2%o (2SE)，外部精度优于0. 5%o (2SD)，而且分析过程中12小时内的Carrara大 理岩未经仪器分馅校正的数据并未出现明显的仪器漂移。高分辨率原位微区氧同 位素序列的获取，无疑为了解珊瑚骨骼氧同位素的分馅机制、珊瑚的生命效应和 环境因素的响应机制提供直接证据，有助于为预测气候和环境的未来发展趋势提 供理论依据。3.本论文从有机质残留、取样的厚度与深度、靶面气泡多寡、靶面 划痕、X-Y效应以及靶面粗糙度等多个因素探讨了制靶技术对氧同位素分析结果 的影响，并以此为依据开发出珊瑚靶真空二次注胶技术，将制靶过程的影响尽可 能降低到最小，从而获得准确的珊瑚氧同位素分析的基体效应值,使得珊瑚微区 氧同位素结果的可靠性更有保障,为推广SIMS在珊瑚等生物碳酸盐研究中的应 用提供技术保障。 4.虽然珊瑚基体效应(IMFcoral3〈/sup>. 9%。相一致。鉴于6 180min-^j 6 2l7 天，本论文初步认为 8 18Omin并不是 SST、海水氧同位素、pH等环境因素产生的,可能是氧同位素测试过程中一次束 流轰击在隐藏的钙化中心域导致的。7.去除异常低氧同位素值后,三亚鹿回头、 西沙七连屿和Arlington环礁区的现代Porites lutea珊瑚6 18Odaily值存在明显的短周期性波动(400-700 U m 波 动)，变化幅度分别是 0. 8〈sup〉l〈/sup〉. 5%o、0. 3〈sup〉l〈/sup〉. 5%o、 0. 5l. 5%o。 与其他时间尺度类似，在微米尺度上,SST是影响珊瑚微区氧同位素短距离 周期性波动的重要因素，10天之内SST变化幅度和12小时昼夜SST变化幅度也 可能叠加在SST对6 180daily值的影响之上从而导致d 6 180/dT=-0. 302%o/°C突破了 Gagan et al. (2012)的上限值。海 水氧同位素变化对珊瑚微区氧同位素的影响可能在毫米尺度