位于印度尼西亚东爪洼岛的伊真火山是一座正在喷发着“热气”的，具有玄武质-英安质组成的火山锥。据历史记载，自19世纪以来，该火山锥的顶部就被伊真火山湖覆盖，并且该火山湖也是现今世界上最大的酸性火山湖。
伊真火山口湖（来源于网络）
火山湖水主要由pH≈0-0.1的富硫酸盐和氯的卤水组成，常年水温约40℃。随着时间的积累，湖水沿着各种裂隙、断层等渗透进入围岩中，不仅形成了火山锥西边的酸性BanyuPahit河流和诸多热泉，也沉淀了许多以石膏为主的钟乳石。以往研究发现，这些石膏钟乳石具有生长环带结构，高精度Pb年代测试结果也显示石膏的环带具有时间先后关系（Utamietal.,）。硫酸盐矿物，尤其是钙硫酸盐广泛存在于火山系统中，在原生或者次生条件下均可以形成。而石膏（CaSO4·2H2O）由于特殊的组成，可以同时用来分析其中H2O和SO42-的氧同位素特征，从而为其流体来源（e.g.地下水或岩浆水）提供重要的线索。因此，作为广泛存在于火山环境中的石膏等硫酸盐矿物，具有揭示火山活动的重要潜能。为了进一步认识伊真火山自上次喷发以来（年）到现如今火山湖水的化学变化，来自加拿大McGillUniversity的Utami及其团队，选取了伊真火山中形成于不同时间和不同存在形式的石膏及其水源进行了氧同位素分析，通过估算石膏-流体体系中水和硫酸盐之间的氧同位素分馏系数，来推算火山活动历史上火山湖渗流水的氧同位素特征，从而探讨伊真火山距今约年期间湖水化学特征发生变化的因素。样品选择（图1）：①形成于热泉附近的环带状石膏钟乳石，环带A-B、B-C、D分别代表结晶于，，8年的石膏；②结晶于8年的石膏钟乳石尖端；③结晶于年火山喷发后的胶结物石膏。图1不同种类石膏的野外及室内照片。a大片的石膏；b钟乳石石膏的尖端；c环带状钟乳石石膏，不同环带代表不同形成年份；d火山碎屑岩中的胶结物石膏；e胶结物石膏的微观照片.（据Utamietal.,）δ18O分析项目：①现今火山渗流热泉水的δ18OSO4/fluid和δ18OH2O/fluid；②不同种类石膏中结晶水的δ18OH2O/gypsum；③石膏中硫酸根离子的δ18OSO4/gypsum。分析结果显示（图2），钟乳石石膏的δ18OH2O/gypsum和δ18OSO4/gypsum分别介于4.3-9.8‰和16.8-23.1‰，分别与热泉水的δ18OH2O/fluid和δ18OSO4/fluid（6.9‰和23.3‰）相近；然而年胶结物石膏的δ18OH2O/gypsum比其他种类石膏要低5.5‰；δ18OSO4/gypsum的波动范围较大，但是相对形成于8年的钟乳石石膏尖端，年胶结物石膏值低3.8‰，而钟乳石石膏高2‰左右。无论是热泉水中的H2O还是SO42-，氧同位素组成都高于当地的地下水、火山气孔以及海水，说明溶解于火山湖中的硫酸根离子主要来源于二氧化硫的歧化反应，而水中较高的同位素组成则有可能同时受控于湖表面强烈的蒸发作用以及岩浆水的注入。图2不同类型石膏中H2O和SO4的氧同位素组成。“Cement”为年的石膏胶结物；“Stalactite”为9年采集的钟乳石石膏尖端；“Water”为年的热泉水样；“Zone”为9年采集的环带状钟乳石石膏。由于目前还没有极酸性条件下水-硫酸盐体系的氧同位素分馏系数的发表，因此本文作者通过获取的石膏与其对应渗流水的氧同位素计算了酸性条件下H2O-SO4的分馏系数，结果显示不同的石膏-流体体系均具有相似的分馏系数（表1），表明估算的分馏系数有潜力用来推算过去的火山活动中相关渗流水的氧同位素值变化。不同石膏对应的渗流水的氧同位素推算结果如下（表1）：①-8年间钟乳石石膏的渗流水δ18OH2O/fluid=6.2-7.1‰，与现今火山湖周边的渗流水值相似；而δ18OSO4/fluid=23.3-24.0‰，高于H2O的同位素值；②年胶结物石膏对应渗流水的δ18OH2O/fluid、δ18OSO4/fluid分别为1.6和18.1‰，远低于-8年间的值。表1利用估算的H2O-SO4分馏系数重建的不同时间点石膏形成水的δ18O结合推算以及直接测量的不同年份的渗流水氧同位素值（图3），作者对伊真火山渗流水氧同位素随时间逐渐升高的原因做出了两种可能的解释：①年以前的伊真火山湖可能由于面积较小，温度较低，存在时间较短，蒸发作用不如现今强烈，从而具有较低的δ18O值；②年前的伊真火山湖其湖水可能主要来自于火山下方的岩浆-热液系统。图3伊真火山湖中渗流水H2O和SO4的氧同位素随时间的变化。绿色实心符号代表直接测量的氧同位素值，绿色空心符号为估算值；Craterlake（火山口湖）,fumaroles（喷气孔）以及地下水的δ18O来自于文献资料。该研究表明，石膏的氧同位素能够记录与活动火山相关的流体来源及其随时间的变化，这一方法也可以应用于其他有石膏沉淀的相似的火山环境中。文献资料：(1)UtamiSB,VanHinsbergVJ,GhalebB,etal.Oxygenisotopefractionationbetweengypsumanditsformationwaters:ImplicationsforpastchemistryoftheKawahIjenvolcaniclake,Indonesia.AmericanMineralogist,,(5):-.(2)UtamiSB,vanHinsbergVJ,GhalebB,etal.Growth-zonedgypsumstalactitefromtheKawahIjenvolcaniclake,Indonesia,recordsa40-yearrecordofvolcanicactivity.BulletinofVolcanology,,81(9):52.欢迎投稿投稿详情点击查看
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