柴达木盆地作为地球上最大的类火星环境之一，其极端环境中沉积相的形成机制及古气候意义对火星探测具有重要的参考价值。近期，广州地化所何宏平研究员团队与香港大学、加拿大阿尔伯塔大学合作，在柴达木盆地西部阿尔金山山麓地带的一个古洪积台地上发现了大量的碳酸盐结核（图1）。对结核详细的矿物学与地球化学研究揭示了一个在波动中逐渐干旱的古气候条件。铀系定年分析为结核的生长提供了年龄约束。
图1：柴达木结核的野外分布
研究结果表明，在距今25万年前，阿尔金山山麓地带的水环境有利于文石的沉积，这些文石和碎屑矿物构成了碳酸盐结核的核部。在接下来10万年间的洪水作用中，持续波动的水化学条件使构成结核的高镁方解石出现不同的元素含量（如锰）、碳酸盐晶体形态以及孔隙度。在洪水盐度高的时期，结核碳酸盐具有更高的锰含量、更大的碳酸盐晶体，因而形成的圈层具有更大的孔隙度；低盐度时期则相反。致密的碳酸盐与疏松的碳酸盐交替成层，形成了结核特征性的圈层结构（图2）。
图2. 柴达木盆地碳酸盐结核的圈层结构。浅色圈层的锰含量更高，碳酸盐结晶度更好，孔隙度更大，代表形成环境的盐度更高。
结核碳酸盐的碳氧同位素还记录了一个持续干旱的气候演变进程：瑞利分馏模型显示，结核形成的十万年间，蒸发作用导致水体减少了50%的H2O和25%的溶解CO2（图3）。这些结果表明，干旱环境中形成的碳酸盐结核是一个非常有效的古气候变化指标。
图3. 结核稳定碳氧同位素的瑞利分馏模拟
根据与火星盖尔陨石坑沉积环境的对比，该研究认为，盖尔结核可能经历了与柴达木结核相似的演化历史，记录了古火星表面液态水稳定存在最后时期的关键信息。古火星可能经历了表面环境有利于碳酸盐结核形成的环境，并且这些排水不良的环境具有长期富水的特点，很可能演化出火星表面最后阶段的可居环境。
上述研究成果发表在Geochemistry, Geophysics, Geosystems上，作者为：孙宇、李一良、李侃、李龙、何宏平，本研究得到了中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金的资助。
文章信息：
Sun, Y., Li, Y., Li, K., Li, L., & He, H. (2021). Massive deposition of carbonate nodules in the hyperarid northwest Qaidam Basin of the northern Tibetan Plateau. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 22, e2021GC009654. https://doi.org/10.1 029/2021GC009654
文章链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GC009654