Correcting 18O/16O vital effects in biogenic carbonate using 17O/16O and clumped isotope analysis.

使用 17O/16O 和聚集同位素分析校正生物碳酸盐中 18O/16O 的重要影响。

基本信息

项目摘要

Paleo temperatures (T) are routinely derived from biogenic carbonates using their oxygen isotopic composition (δ18O). Such T estimates require the – generally unknown - isotopic composition of the water. Novel clumped isotopes (Δ47) allow calculating paleo T only from carbonate. Both methods, however, require carbonate-water equilibrium. Disequilibrium is frequently induced by so called “vital effects” which have been attributed to several processes including: (i) diffusion; (ii) hydration (CO2 + H2O) and hydroxylation (CO2 + OH-) of CO2; and (iii) pH effects or disequilibrium at the liquid/solid interface. Isotopic shifts associated with each of these processes can alter paleo T estimates. Especially coral derived δ18O-T can be offset by as much as 20°C from known growth-T. Apparent offsets by up to 9°C are now also observed for the novel Δ47 proxy. Thus both methods fail at constraining accurate paleo T from such samples. Here I propose to perform δ17O analysis to correct for vital effects. If a sample forms in equilibrium with the respective water, all three isotope ratios (δ17O, δ18O and Δ47) must indicate identical T. If the thermometers yield different T, biogenic carbonate must have formed out of equilibrium due to vital effects. Each underlying physical process falls on a unique and well resolvable slope in δ18O vs. δ17O space. Hence, a sample suite with variable vital effect will fall on a process-specific slope in triple oxygen isotope space allowing to distinguish between diffusion, hydration, hydroxylation and a pH effect. The linear correlation can be extrapolated to the equilibrium point where both the δ17O and δ18O give the same paleo T, which corresponds to the real growth T of the carbonate. Additional clumped isotope analysis are required if the water isotopic composition is not known. This approach may also be promising to correct for kinetic isotope effects observed in inorganic carbonates such as pedogenic carbonates, speleothems or hydrothermal carbonates.
古温度(T)通常由生物碳酸盐的氧同位素组成(δ 18 O)得出。这样的T估计需要-通常未知-水的同位素组成。新的聚集同位素(Δ47)允许仅从碳酸盐计算古T。然而,这两种方法都需要碳酸盐-水平衡。不平衡通常由所谓的“生命效应”引起,这归因于几个过程,包括:(i)扩散;(ii)CO2的水合(CO2 + H2O)和羟基化(CO2 + OH-);和(iii)液/固界面的pH效应或不平衡。与这些过程中的每一个相关的同位素变化可以改变古T估计。特别是珊瑚衍生的δ 18 O-T可以从已知的生长-T中抵消多达20°C。现在还观察到新型Δ47代用品的表观偏移高达9°C。因此,这两种方法都无法从这样的样品中限制精确的古T。在这里,我建议进行δ 17 O分析,以校正生命效应。如果样品与相应的水平衡形成,则所有三个同位素比率(δ 17 O,δ 18 O和Δ47)必须指示相同的T。如果温度计产生不同的T,那么生物碳酸盐一定是由于生命力的作用而在平衡状态下形成的。每一个潜在的物理过程福尔斯落在一个独特的和良好的可分辨的斜率在δ 18 O与δ 17 O空间。因此,具有可变生命效应的样品组将落在三重氧同位素空间中的过程特定斜率上,从而能够区分扩散、水合、羟基化和pH效应。这种线性关系可以外推到δ 17 O和δ 18 O给出相同古温度的平衡点,这对应于碳酸盐的真实的生长温度。如果不知道水的同位素组成,则需要进行额外的聚集同位素分析。这种方法也可能是有希望的,以纠正在无机碳酸盐,如成壤碳酸盐,洞穴沉积物或热液碳酸盐中观察到的动力学同位素效应。

项目成果

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