2021年5月1日，国际地学Top期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》发表了题为“Rare earth element geochemistry of carbonates as a proxy for deep-time environmental reconstruction”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室赵彦彦教授、李三忠教授与中国科学技术大学和中国地质大学合作者共同完成。

稀土元素和钇（REY）通过取代阳离子进入碳酸盐晶格，可以用来重建碳酸盐沉淀的历史。该研究成果首先对不同环境下沉淀碳酸盐的REY配分特征的进行详细描述，并对其产生原因、影响因素和形成条件进行概述。碳酸盐岩主要形成于五大类沉积环境 (图1)：海洋环境中的海水、海陆过渡带河口区水体、陆相的河流湖泊、成岩环境中的孔隙水和海底热区液。海水中的稀土元素受溶液和表面络合作用的制约，主要以碳酸盐络合物的形式存在。从太古宙到现代，海水中的原生碳酸盐具有类似的稀土元素配分形式，表现为LREE均一亏损、La正异常和Y/Ho比值高（图2）。河口水的稀土元素配分模式受复杂过程的制约，包括胶体物质沿盐度梯度的凝聚、吸附、解吸和再活化。陆相水体的稀土元素配分形式一般比较平坦，受pH值影响较大。孔隙水的稀土元素配分形式比较复杂，表现为平坦模式、MREE富集模式和HREE富集模式，这些模式受成岩蚀变过程中吸附和解吸过程的制约（图2）。高温热液流体显示出LREE富集和Eu正异常。华南埃迪卡拉纪陡山沱碳酸盐岩及其世界同类碳酸盐岩记录了地球历史上最大的负碳同位素漂移（DOUNCE）。研究表明，DOUNCE碳酸盐岩具有轻微的轻稀土亏损模式、正La异常、负Ce异常、无Eu异常和较低的Y/Ho比值的稀土元素配分特征，与有淡水输入的陆架内泻湖环境相一致，而明显区别于开阔海洋环境形成的碳酸盐岩。该研究成果是全球关键演替期深时环境重建研究领域的一个新认识。

图1 碳酸盐沉积环境及海水和沉积物孔隙水的稀土元素输入输出示意图

图2 海水和海洋沉积物孔隙水不同层位的稀土元素配分形式示意图

Zhao, Y., Wei, W., Li, S., Yang, T., Zhang, R., Somerville, I., Santosh, M., Wei, H., Wu, J., Yang, J., Chen, W., Tang, Z., 2021. Rare earth element geochemistry of carbonates as a proxy for deep-time environmental reconstruction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology: 110443.

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018221002285