魏巍
1. 古盐度
古盐度（paleosalinity）是古代水体最基本的属性之一。由于缺少合适、可靠的古盐度指标，古盐度的重建在古环境研究中一直没有受到重视。在现代沉积系统中，B/Ga等指标显示出与古盐度的显著的正线性相关，该指标在古代不同沉积环境地层中的应用也显示出对不同古盐度沉积环境的的成功指示（Wei and Algeo, 2020）。本研究首次对沉积岩中的硼同位素开展了研究工作，旨在为古盐度研究开辟新的道路。
2. 研究对象
晚古生代时期，海水穿过北美克拉通形成陆表海。在气候变化的影响下，冈瓦那大陆上冰盖的消长造成了海平面的波动造成了陆间海大范围的韵律沉积的发育。陆间海作为一种同时受到海水和淡水输入的特殊沉积体系，水体的盐度必将随着海平面的升降发生显著变化。而这些水体盐度变化的信号将以地球化学指标的形式记录在这些韵律沉积之中。因此，陆表海中的韵律沉积是探索古盐度指标的完美、天然的研究素材。本研究选取了处于不同古地理位置的两个钻孔，均记录了一个海平面升降旋回。IRC钻孔距海水较近，CC钻孔距离海水较远，分别代表海水输入较多和淡水输入较多两种情况。
图1 研究区域与钻孔位置
3. 硼镓比和硼同位素对古盐度的记录
位于不同古地理位置的IRC和CC钻孔记录了完整的冰川-海平面旋回。根据Wei and. Algeo. (2020)中B/Ga指标的古盐度阈值进行分析：高位时期，两个钻孔均记录了完全海相沉积，低位时期，则显示明显的半咸水沉积；同时在整个旋回中，IRC总是显示出比CC钻孔更高的盐度。这种古盐度差距取决于两钻孔所在地理位置的差别：从西部输入的海水可以直接进入IRC钻孔所处的位置，而由于密西西比凸起阻断了海水的继续向东，CC剖面所处的位置受海水影响较弱，来自东部的淡水输入 进一步降低了该地区的水体盐度。这种古水文情况直接导致IRC所处位置的水体盐度高于CC剖面。
图2 IRC和CC钻孔的B/Ga和硼同位素记录
4. 硼镓比和硼同位素的线性相关
硼镓比和硼同位素呈显著的正线性相关（图3）。基于两者的正相关性和B/Ga对古盐度指示的阈值，可以计算出硼同位素对古盐度指示的阈值，淡水沉积为< -6‰，半咸水沉积为-6‰—2.5‰，海水沉积为> -2.5‰。
在本研究中值得关注的一点是，在CC钻孔中，中部的泥灰岩层似乎并未影响到硼镓比对沉积环境中古盐度的指示，这种现象是否证明了碳酸盐沉积中的硼镓比也可以反映沉积过程中水体的古盐度？
图3 硼镓比和硼同位素交汇图
5. 沉积岩δ11B如何记录水体盐度
淡水沉积体系和海水沉积体系中硼同位素在水体和沉积物中差异显著。淡水水体中δ11B值为+2~+20‰，沉积物δ11B值为-9‰，海水中δ11B比较均一也比较恒定约为+39.6‰，海水沉积物的平均δ11B值为+6‰。不同沉积环境中的δ11B的显著差异，造成了介于海水和淡水之间的不同过渡相环境中的δ11B值的差别，并显示从淡水到海洋过渡过程中的递增趋势，而这种规律使得δ11B可以对古盐度进行指示。
图4 硼同位素在陆间海的分布特征
本文第一作者系地大武汉博士后。本文属作者认识，相关问题交流可通过邮箱weiwei910911@163.com与本人联系。欲知更多详情，请进一步阅读下列参考文献。
主要参考文献
[1] Wei, W., Yu, W., Algeo, T.J., Herrmann, A.D., Zhou, L., Liu, J., Wang, Q. and Du, Y., 2022, Boron proxies record paleosalinity variation in the North American Midcontinent Sea in response to Carboniferous glacio-eustasy: Geology, v. https://doi.org/10.1130/G49521.1.
[2] Wei, W., & Algeo, T. J. (2020). Elemental proxies for paleosalinity analysis of ancient shales and mudrocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 287, 341-366.
[3] Wei, W., Algeo, T.J., Lu, Y., Lu, Y., Liu, H., Zhang, S., Peng, L., Zhang, J. and Chen, L. (2018). Identifying marine incursions into the Paleogene Bohai Bay Basin lake system in northeastern China. International Journal of Coal Geology, 200, 1-17.
