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Most Earth-surface calcites precipitate out of isotopic equilibrium

Authors :
Daëron, M.
Drysdale, R.
Peral, M.
Huyghe, Damien
Blamart, D.
Coplen, T.
Lartaud, F.
Zanchetta, G.
Centre de Géosciences (GEOSCIENCES)
Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratoire d'Ecogéochimie des environnements benthiques (LECOB)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire océanologique de Banyuls (OOB)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Géosciences Environnement Toulouse (GET)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of Melbourne
UMR 5805 Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC)
Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Dipartimento di Scienze della Terra
University of Pisa - Università di Pisa
MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Paléocéanographie (PALEOCEAN)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
United States Geological Survey [Reston] (USGS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Analytical, Environmental & Geo-Chemistry
Chemistry
Source :
Nature Communications, Nature Communications, 2019, 10 (1), pp.409. ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), pp.409. ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩, Nature Communications, Vol 10, Iss 1, Pp 1-7 (2019), Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

Oxygen-isotope thermometry played a critical role in the rise of modern geochemistry and remains extensively used in (bio-)geoscience. Its theoretical foundations rest on the assumption that 18O/16O partitioning among water and carbonate minerals primarily reflects thermodynamic equilibrium. However, after decades of research, there is no consensus on the true equilibrium 18O/16O fractionation between calcite and water (18αcc/w). Here, we constrain the equilibrium relations linking temperature, 18αcc/w, and clumped isotopes (Δ47) based on the composition of extremely slow-growing calcites from Devils Hole and Laghetto Basso (Corchia Cave). Equilibrium 18αcc/w values are systematically ~1.5‰ greater than those in biogenic and synthetic calcite traditionally considered to approach oxygen-isotope equilibrium. We further demonstrate that subtle disequilibria also affect Δ47 in biogenic calcite. These observations provide evidence that most Earth-surface calcites fail to achieve isotopic equilibrium, highlighting the need to improve our quantitative understanding of non-equilibrium isotope fractionation effects instead of relying on phenomenological calibrations.<br />Isotopic thermometry of carbonate minerals postulates that their composition reflects thermodynamic equilibrium constants. Here the authors constrain equilibrium relationships between temperature, 18O/16O and clumped isotopes and find that most natural calcites form out of isotopic equilibrium.

Details

Language :
English
ISSN :
20411723
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Communications, Nature Communications, 2019, 10 (1), pp.409. ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩, Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), pp.409. ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩, Nature Communications, Vol 10, Iss 1, Pp 1-7 (2019), Nature Communications, Nature Publishing Group, 2019, 10 (1), ⟨10.1038/s41467-019-08336-5⟩
Accession number :
edsair.pmid.dedup....b7c4dc8238ea32c9b05878224b4d6fbb