学术动态 | CG：陆壳尺度上河水镁同位素季节变化研究获进展

化学风化通过消耗大气CO₂而调控地球表层温度，但化学风化与气候之间的关系一直是争论的热点，其核心是缺乏有效指示化学风化放指标。传统元素含量及比值（如CIA、CIW等）因岩性和元素性质差别而无法定量重建大陆风化速率及强度。Mg和Sr同位素分别擅长于示踪碳酸盐岩与硅酸盐岩来源比例和过程，因此联合使用可精细刻画碳酸盐岩与硅酸盐岩化学风化的过程细节，有益于大陆风化史的重建。

我院客座教授、中国科学院地球环境研究所金章东研究员和我院苟龙飞副教授联合同济大学、法国岩石地球化学研究中心、巴黎地球物理研究所、德国美茵茨大学科学家组成的国际研究团队，利用黄河中游季节性河水样品，分析了河水Mg和Sr同位素组成，发现引入五端元混合模型可以有效解释黄河中游Mg移除过程以及⁸⁷Sr/⁸⁶Sr季节变化。首先，他们搭建了方解石-白云石溶解框架，结合优先碳酸盐岩移除过程的分配系数，并根据黄土淋滤实验数据，刻画了碳酸盐岩溶解过程中不同矿物溶解-再沉淀过程对Sr/Ca和Mg/Ca的响应。随后，他们根据方程确定了干旱期碳酸盐岩相对硅酸盐岩的贡献比例，再结合季风期下降的δ²⁶Mg和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr下降值，确定了季风期碳酸盐岩的贡献比例有所上升（约10%）。在确定了碳酸盐岩与硅酸盐岩贡献比例的基础上，他们再利用瑞利分馏模型，模拟了次生碳酸盐优先沉淀与粘土生成对镁同位素的分馏。模型结果表明，δ²⁶Mg和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr季节变化的初级控制要素是季风降雨导致的碳酸盐岩溶解，其次是次生碳酸盐优先沉淀过程，可向偏重方向分馏镁同位素约0.17‰至0.39‰，紧随着的是粘土的生成，将进一步降低河水镁同位素组成，最终造成我们在大陆尺度上所能观测到的河水镁同位素季节变化（如下图）。

该研究是首次在大陆尺度上观测到剧烈的温度、水文等要素的变化并未引起河水δ²⁶Mg明显变化，而精细刻画了碳酸盐岩和硅酸盐岩相对比例、次生碳酸盐岩和粘土生成过程对河水δ²⁶Mg变化的控制，将有益于利用河水δ²⁶Mg重建大陆化学风化史。

图瑞利分馏模型，通过方程确定碳酸盐岩和硅酸盐岩风化贡献比值，精细模拟优先碳酸盐岩沉淀、粘土生成对镁同位素的分馏。

上述研究成果以Seasonal Mg isotopic variation in the middle Yellow River: Sources and fractionation为题发表在著名地球化学期刊《Chemical Geology》上，该研究受国家自然科学基金委创新群体项目、重大项目及青年项目（42221003，41991322，42103055)、国家重点研发计划（2022YFF0800501）资助。长安大学苟龙飞副教授是第一作者，我院客座教授、中科院地环所金章东研究员是通讯作者。论文原文链接如下：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254123000141。

（审核：赵永华）