化學(xué)風(fēng)化通過(guò)消耗大氣CO2而調控地球表層溫度，但化學(xué)風(fēng)化與氣候之間的關(guān)系一直是爭論的熱點(diǎn)，其核心是缺乏有效指示化學(xué)風(fēng)化的指標。因巖性和元素性質(zhì)差別，傳統元素含量及比值（如CIA、CIW等）無(wú)法定量重建大陸風(fēng)化速率及強度。Mg和Sr同位素分別擅長(cháng)于示蹤碳酸鹽巖與硅酸鹽巖來(lái)源比例和過(guò)程，因此聯(lián)合使用可精細刻畫(huà)碳酸鹽巖與硅酸鹽巖化學(xué)風(fēng)化的過(guò)程細節，有益于大陸風(fēng)化史的重建。
中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究團隊，聯(lián)合法國巖石地球化學(xué)研究中心、巴黎地球物理研究所、德國美茵茨大學(xué)等國際科學(xué)家，利用黃河中游季節性河水樣品，分析了河水Mg和Sr同位素組成，發(fā)現引入五端元混合模型可以有效解釋黃河中游Mg移除過(guò)程以及87Sr/86Sr季節變化。首先，他們搭建了方解石-白云石溶解框架，結合黃土淋濾實(shí)驗數據，并根據優(yōu)先碳酸鹽巖移除過(guò)程的分配系數，刻畫(huà)了碳酸鹽巖溶解過(guò)程中不同礦物溶解-再沉淀過(guò)程對Sr/Ca和Mg/Ca的響應。隨后，他們根據方程確定了干旱季節碳酸鹽巖相對硅酸鹽巖風(fēng)化的貢獻比例，再結合季風(fēng)期下降的δ26Mg和87Sr/86Sr下降值，確定了季風(fēng)期碳酸鹽巖的貢獻比例有所上升（約10%）。在確定了碳酸鹽巖與硅酸鹽巖貢獻比例的基礎上，他們再利用瑞利分餾模型，模擬了次生碳酸鹽優(yōu)先沉淀與粘土生成對鎂同位素的分餾。模型結果表明，δ26Mg和87Sr/86Sr季節變化的初級控制要素是季風(fēng)降雨導致的碳酸鹽巖溶解，其次是次生碳酸鹽優(yōu)先沉淀過(guò)程，可向偏重方向分餾鎂同位素約0.17‰至0.39‰；緊隨著(zhù)的是粘土的生成，將進(jìn)一步降低河水鎂同位素組成，最終造成我們在大陸尺度上所能觀(guān)測到的河水鎂同位素季節變化（如下圖）。
該研究是首次在大陸尺度上觀(guān)測到劇烈的溫度、水文等要素的變化并未引起河水δ26Mg明顯變化，而精細刻畫(huà)了碳酸鹽巖和硅酸鹽巖相對比例、次生碳酸鹽巖和粘土生成過(guò)程對河水δ26Mg變化的控制，將有益于利用河水δ26Mg重建大陸化學(xué)風(fēng)化史。
圖 在確定碳酸鹽巖和硅酸鹽巖風(fēng)化貢獻比值基礎上，瑞利分餾模型精細模擬優(yōu)先碳酸鹽巖沉淀、粘土生成對鎂同位素的分餾。
上述研究成果以Seasonal Mg isotopic variation in the middle Yellow River: Sources and fractionation為題發(fā)表在著(zhù)名地球化學(xué)期刊Chemical Geology上。該研究受?chē)易匀豢茖W(xué)基金委、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃資助。長(cháng)安大學(xué)茍龍飛副教授是第一作者，中科院地環(huán)所金章東研究員是通訊作者。論文原文鏈接如下：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254123000141
