《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Lithium isotopes reveal chemical weathering intensification during Sturtian Ice Age termination
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摘要新元古代的斯图尔特冰期（约717–660百万年前）是“雪球地球”事件之一，它突然结束，但冰期向间冰期过渡期间的气候变化影响至今仍缺乏充分记录。为研究这一过渡期的风化强度变化，我们针对中国南方南华盆地的同斯图尔特时期的铁鞘组以及后斯图尔特时期的大塘坡组的碎屑成分，测定了高分辨率
摘要
新元古代的斯图尔特冰期（约717–660百万年前）是“雪球地球”事件之一，它突然结束，但冰期向间冰期过渡期间的气候变化影响至今仍缺乏充分记录。为研究这一过渡期的风化强度变化，我们针对中国南方南华盆地的同斯图尔特时期的铁鞘组以及后斯图尔特时期的大塘坡组的碎屑成分，测定了高分辨率的锂浓度及同位素数据。下部的铁鞘组（第1层段）锂浓度较高，平均值为66.2 ppm，而上部铁鞘组（第2层段）以及大塘坡组底部（第3层段）的锂浓度则较低，分别为14.7 ppm和11.6 ppm。不过，第1、2、3层段的锂同位素组成在统计上并无差异，平均值分别为+1.5‰、+1.9‰和+2.3‰。从锂含量和同位素特征来看，从斯图尔特冰期后期到间冰期初期，化学风化作用较弱，不过第1层段独特的锂特征可能受富含锂的原生矿物影响。根据锂含量和同位素组成的不同，第3层段的样本可分为两组：3A组，平均锂浓度为12.7 ppm，平均δ7Li值为+1.4‰；3B组，平均锂浓度为8.4 ppm，平均δ7Li值为+3.6‰。这两组分别代表风化程度较轻和较重的物质，表明间冰期初期化学风化强度存在波动，这可能与短期寒冷天气的出现有关。这些研究结果为了解斯图尔特冰期晚期及其之后的气候演变，以及 Cryogenian时期海洋中的生物地球化学循环变化提供了新的见解。
引言
新元古代的Cryogenian时期经历了两次重大的冰川事件，即较早的斯图尔特冰期和较晚的马里诺冰期，两者之间是中国南方南华盆地的较短的大塘坡非冰川期。根据“雪球地球”假说，在这些冰期期间，地球表面被冰盖覆盖，甚至延伸至古赤道地区，水循环十分弱，很少有大陆物质进入海洋。斯图尔特冰期的结束十分突然，这一变化导致了大规模的锰矿形成。随着全球冰盖融化，海平面迅速上升，而在冰期向间冰期过渡期间，硅酸盐的风化速率也显著增加。全球气候是影响化学风化过程及速率的重要因素，它会决定风化产物的元素和同位素组成。温暖潮湿的气候条件通常会导致强烈的化学风化，这一现象可通过风化指数来反映。在阿曼南部、苏格兰以及中国南方南华盆地，都发现了斯图尔特冰期向间冰期过渡期间风化指数升高的现象。近年来，锂同位素逐渐成为研究硅酸盐化学风化的有效指标。我们对中国贵州省东部高迪地区的ZK2115岩芯中的同斯图尔特时期的铁鞘组以及后斯图尔特时期的大塘坡组进行了高分辨率的锂浓度和同位素分析，旨在确定斯图尔特冰期向间冰期过渡期间古气候变化的时间与意义，以及这些变化对Cryogenian时期海洋生物地球化学循环的影响。
全球气候是影响化学风化过程及速率的关键因素，它决定了风化产物的元素和同位素组成。温暖潮湿的气候条件下通常会发生强烈的化学风化，这一现象可通过风化指数来衡量。在阿曼南部、苏格兰以及中国南方南华盆地，都观测到了斯图尔特冰期向间冰期过渡期间风化指数升高的现象。近年来，锂同位素逐渐成为研究硅酸盐化学风化的有效手段。
锂同位素是近年来被广泛用于研究硅酸盐化学风化的指标之一。我们对中国贵州省东部高迪地区的ZK2115岩芯中的同斯图尔特时期的铁鞘组以及后斯图尔特时期的大塘坡组进行了高分辨率的锂浓度和同位素分析，旨在确定斯图尔特冰期向间冰期过渡期间古气候变化的时间与意义，以及这些变化对Cryogenian时期海洋生物地球化学循环的影响。
内容节选
碎屑沉积物中作为化学风化指标的锂同位素
硅酸盐岩石的化学风化主要受气候条件影响，包括温度和降水量，因此其风化强度也可用来反映古气候的变化。化学风化过程包括原生矿物的溶解和次生矿物的形成。
古构造与古地理
中元古代中期到新元古代早期的Grenvillian造山运动期间，超级大陆罗迪尼亚开始形成。在中国南方，新元古代早期，长江地体与华夏地体在江南造山带碰撞，最终形成了华南克拉通。
样品与研究方法
研究用的ZK2115岩芯采集于中国贵州省东部的贵迪地区。共采集了46个新鲜样品，其中包括来自厚度约为3米的下部铁鞘组第1层段的8个混杂岩样品，来自厚度约为7米的上部铁鞘组第2层段的15个含卵石的粉砂岩样品，以及来自厚度约为10米的大塘坡组第一段的23个含锰黑色页岩样品。
岩相学分析结果
铁鞘组主要由混杂岩和粉砂岩构成。第1层段为基质支撑的混杂岩，其中含有毫米到厘米大小的亚角状到亚圆形的沉积碎屑，还包括沙粒级的石英以及少量长石，这类物质属于冰接触沉积物。第2层段的下部为层理较粗的粉砂岩和含卵石的粉砂岩，而上部则为层理较细的粉砂岩，其间夹有薄层的砂岩和黑色物质。
影响南华盆地斯图尔特时期沉积物中δ7Li值的因素
海洋硅质碎屑沉积物是由经过不同程度化学风化的碎屑物质以及自生黏土共同构成的。碎屑沉积物的锂同位素组成受颗粒大小、岩石来源以及硅酸盐风化强度等因素影响。在本研究中，我们分析了影响δ7Li值的多种因素，以确定其中最关键的因素是什么。
结论
中国南华盆地记录了完整的斯图尔特冰期向间冰期过渡过程，这一过程中存在着古气候变化的信号。锂浓度和δ7Li值表明，在冰盖融化后的斯图尔特冰期后期，地球的化学风化强度较低，这种较低的風化强度一直持续到间冰期初期。不过，在这一时期，化学风化强度也存在波动，总体而言仍处于较低水平。
作者贡献说明
王平：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿。 王健：数据采集。 杜远生：数据采集。 Thomas J. Algeo：论文撰写——审阅与编辑。 Philip A.E. Pogge von Strandmann：论文撰写——审阅与编辑。 周琪：数据采集。 周婷：数据整理。 袁良军：数据采集。 潘文：数据采集。 王帅尧：数据采集。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢审稿人提出的宝贵意见。本研究得到了中国国家自然科学基金项目、河南省博士后基金与自然科学基金以及河南省高校基础研究基金的资助。
Ping Wang|Jian Wang|Yuansheng Du|Thomas J. Algeo|Philip A.E. Pogge von Strandmann|Qi Zhou|Ting Zhou|Liangjun Yuan|Wen Pan|Shuaiyao Wang
河南理工大学资源与环境学院，河南省煤层气非常规资源赋存与开发重点实验室，中国焦作454003
