泥盆纪Lahn-Dill型铁矿中硅同位素特征的飞秒激光剥蚀原位保存机制及其对古海洋环境的指示意义

这篇研究通过建立紫外飞秒激光剥蚀（UV fs LA）与多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）联用的硅同位素（δ30Si）原位分析技术，揭示了泥盆纪Lahn-Dill型铁矿中微晶石英的硅同位素特征（-4.56‰至-2.04‰），证实了热液成因铁（氢）氧化物对海水硅的快速吸附过程中强烈动力学分馏效应的保存，为受限弧后盆地（Rhenohercynian Ocean）的火山源硅主导提供了同位素证据。

　　

硅同位素分析技术的突破性进展

研究团队成功开发了基于紫外飞秒激光剥蚀（UV fs LA）与Nu Plasma II MC-ICP-MS联用的基体无关硅同位素分析方法。通过NIST SRM 610硅酸盐玻璃标准校准，在干等离子体条件下实现δ³⁰Si分析精度达±0.2‰（2SD）。该方法验证了包括玄武岩（KL2-G）到流纹岩（ATHO-G）等多种标准物质的准确性，突破了传统纳秒激光剥蚀需基体匹配的限制。

泥盆纪铁矿的微观同位素特征

对德国Fortuna矿山的Lahn-Dill型铁矿样品（DLFo008.2、DLFo011、DLFo029）进行微区分析发现：

1. 1.

   石英-赤铁矿微域与纯石英微域的δ³⁰Si平均值高度一致（-3.66‰至-3.06‰），但微米尺度变异显著（-4.56‰至-2.04‰）

2. 2.

   高斯分布的数据模式表明单一主导形成机制

3. 3.

   赤铁矿纳米颗粒（<200nm）与石英（0.5-200μm）的共生结构显示原始沉积特征

动力学分馏与古海洋环境重建

结合稀土元素（REY）分布和显微结构证据，提出关键形成机制：

1. 1.

   热液流体扩散导致纳米级铁（氢）氧化物快速沉淀，引发海水硅的强动力学吸附分馏（Δ³⁰Si达-3.0‰）

2. 2.

   受限弧后盆地（Rhenohercynian Ocean）的海水δ³⁰Si下限为-0.9‰，显著低于现代大洋（+1.5‰）

3. 3.

   火山活动输入的硅源主导了泥盆纪该海域的硅循环

成岩过程中的同位素保存奇迹

尽管经历极低级变质作用（绿纤石相）和热液叠加，原始同位素特征仍通过以下机制保存：

1. 1.

   前驱体相（Opal-CT）向微晶石英转化时处于封闭系统

2. 2.

   高沉积速率（>150m火山碎屑序列）抑制硅再活化

3. 3.

   微生物席的存在阻碍海水交换

方法论与古环境研究的协同创新

该研究首次将飞秒激光剥蚀技术应用于古海洋硅循环重建，其技术优势包括：

1. 1.

   20-25μm空间分辨率揭示微区异质性

2. 2.

   螺旋扫描模式（Helix-mode）实现大面积高精度分析

3. 3.

   为前硅藻时代（Pre-diatom）海洋化学研究提供新范式

这项成果不仅完善了硅同位素分析技术体系，更揭示了泥盆纪特殊构造背景下海洋-热液相互作用的独特记录，为理解显生宙海洋化学演化提供了关键锚点。