Dual carbonate clumped isotope (Δ47-Δ48) measurements constrain different sources of kinetic isotope effects and quasi-equilibrium signatures in cave carbonates
Notice bibliographique
Résumé
Cave carbonates are an important archive of terrestrial paleoclimate and have previously been analyzed using multiple proxies. A few studies have explored the potential for carbonate clumped isotope thermometry as a tool for constraining past temperatures. To date, most papers utilizing this method have focused on mass-47 clumped isotope values (Δ47) at a single location and reported that cave carbonate minerals rarely achieve isotopic equilibrium, with kinetic isotope effects (KIEs) attributed to CO2 degassing. More recently, studies have shown that mass-47 and mass-48 CO2 from acid digested carbonate minerals (Δ47 and Δ48) can be used together to assess equilibrium and probe KIEs. Here, we examined 44 natural and synthetic modern cave carbonate mineral samples from 13 localities with varying environmental conditions (ventilation, water level, pCO2, temperature) for (dis)equilibrium using Δ47-Δ48 values, in concert with traditional stable carbon (δ13C) and oxygen (δ18O) isotope ratios. Data showed that 19 of 44 samples exhibited Δ47-Δ48 values indistinguishable from isotopic equilibrium, and 18 (95 %) of these samples yield Δ47-predicted temperatures within error of measured modern temperatures. Conversely, 25 samples exhibited isotopic disequilibria, 13 (52 %) of which did not accurately predict formation temperature. Within some stalagmite samples, we find Δ47-Δ48 values consistent with CO2 degassing effects, which is the most widely attributed source of KIEs in cave carbonates from prior work. However, the majority of samples with KIEs are consistent with other processes being dominant. We hypothesize that these values reflect isotopic buffering effects on clumped isotopes that can be considerable and cannot be overlooked. Using a Raleigh Distillation Model, we examined carbon and oxygen isotope exchange trajectories and their relationships with dual clumped isotope disequilibria. Carbon isotope exchange is associated with depletion of both Δ47 and Δ48 relative to equilibrium, while oxygen isotope exchange is associated with enrichment of both Δ47 and Δ48 relative to equilibrium. Cave rafts collected from proximate locations in Mexico exhibit the largest average departures from equilibrium (ΔΔ47¯= -0.032±0.007, ΔΔ48¯ = -0.104±0.035, where ΔΔi is the measured value – the equilibrium value). This study shows how the Δ47-Δ48 dual carbonate clumped isotope framework can be applied to a variety of types of cave carbonate samples, enabling identification of isotopic equilibria and therefore quantitative application of clumped isotope thermometry for paleoclimate reconstruction, or alternatively, constraining the mechanisms of kinetic effects. We suggest Δ47-Δ48 measurements can determine which speleothems form in quasi-equilibrium, and thus are strong candidates for robust clumped isotope-based paleoclimate reconstructions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».