研究亮点 网络优先出版 版本 2
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黄河季节性河水化学揭示温度对Li同位素变化的控制
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: 2019 - 04 - 30
: 2019 - 05 - 07
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硅酸盐岩风化被认为是维持地质时间尺度地球宜居性和碳循环的关键过程之一,也是地球关键带的核心过程,是驱动物质循环和气候变化的重要因子,成为系统地球科学和地表地球动力学领域研究的重大基础理论前沿之一。然而,硅酸盐岩风化的控制机理一直存在争论,现有风化动力学无法解释大陆风化与受气候和构造抬升制约的剥蚀之间的复杂关系。因此,开发示踪硅酸盐风化新手段,评估化学风化的强度和通量,是深刻理解化学风化通量与大气CO2之间负反馈机制的关键。
锂(Li)主要赋存在硅酸盐岩矿物中,碳酸盐矿物中含量少,其7Li和6Li两个同位素相对质量差达到16.7%,在地表过程中分馏大,不受氧化还原作用和生物作用影响,被认为是示踪硅酸盐岩风化最具潜力的指标之一,是近几年表生地球化学研究的热点之一。相关研究主要集中于河水化学、风化壳、海洋沉积物等。然而,已有的河水Li同位素示踪大陆风化的研究主要来自空间上瞬时样品,受岩性、气候、水文等因素的影响,对于Li同位素如何反映硅酸盐风化还未达成共识,甚至出现了相互矛盾的观点。
黄河中游流经黄土高原,黄土具有较为均一的、可以代表上地壳的元素及Li同位素组成,并得益于季风造成的强烈季节性气候反差,使得Li同位素示踪陆壳尺度上硅酸盐风化成为可能。中国科学院地球环境研究所地表过程与化学风化研究团队,联合伦敦大学学院和法国Centre National de la Recherche Scientifique等利用2013年在黄河中游收集的每周一次的黄河河水和悬浮物样品,结合实时监测温度、径流等参数,解析了黄河河水中Li的来源,并揭示了温度对河水Li同位素的直接控制。
研究结果表明:黄河河水Li主要来源于黄土的硅酸盐风化(占比约60%),另一个重要的来源是蒸发岩的溶解(占比约25%),其同位素呈现出约5‰的季节变化。最重要的是,首次在黄河中观察到了温度对河水Li同位素组成季节性变化的控制,弥补了标准同位素分馏效应预测的缺失。由此提出,在新生代全球温度大约下降15℃的情形下,河水Li同位素季节性变化本身可以解释新生代全球海水Li同位素9‰上升的约四分之一,这为海洋Li同位素组成变化提供了新的线索。
该研究成果于2019年3月发表在国际著名地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。
致谢
稿件与作者信息
金章东
zhdjin@ieecas.cn
苟龙飞
goulf@ieecas.cn
出版历史
出版时间: 2019年5月7日 (版本2
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地球环境学报
Journal of Earth Environment