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十博体育官网发表全球第一条季节性河水钡同位素变化曲线
2020-03-18| 编辑: | 【 】【打印】【关闭

  硅酸盐风化制约着地表物质循环,并通过消耗大气CO2调节地质时间尺度的全球碳循环和气候变化。因此,如何有效示踪硅酸盐风化是地球科学研究的重要科学问题之一。在用于探究硅酸盐风化通量和强度的多个同位素指标中,各个同位素都有自己的特点和缺陷,尚没有一个同位素体系能够有效地示踪硅酸盐风化作用和过程。例如,由于变质碳酸岩和黑色页岩的贡献,SrOs同位素并不能反映大陆风化的真实通量;Li同位素受困于非化学计量的蒸发岩影响,定量前景黯然;新发展的SiMg同位素则深陷生物地球化学循环制约。因此有必要建立的新同位素示踪体系,扬长避短、相互补充,获取硅酸盐风化的真实信息。 

  作为不相容元素之一,钡(Ba)在岩浆结晶分异过程中富集于上地壳,且绝少存在于碳酸岩中,其同位素在化学风化过程中具有可观的分馏,是较早被用来示踪地表过程的元素之一。得益于多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的发明,高精度测量Ba同位素成为现实,使之成为一个极富前景的硅酸盐风化指标。 

  十博体育官网金章东研究员领导的研究团队,联合法国CRPGAlbert Galy教授、IPGPJulien Bouchez、中国科技大学黄方教授、天津大学陈玖斌教授等国内外科学家,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,获得了全球第一条季节性河水钡同位素变化曲线,填补了钡同位素陆表系统循环中的空白,探讨了在河流中Ba及其同位素循环迁移过程。 

  研究结果表明,黄河中游溶解态Ba同位素组成(δ138Barw)为+0.17‰+0.46‰,系统高于黄土的δ138Ba0.00 ± 0.04‰),其主要来源于黄土和现代粉尘中硅酸盐矿物的溶解。溶解Ba通量的一半以上是在季风季节输移的(6月至9月中旬),捕捉到了极端暴雨事件对溶解Ba通量的显著影响(7月份4天的暴雨事件占全年溶解Ba通量的4%)。该研究首次提出δ138Barw的季节变化主要受吸附过程控制,可以通过轻Ba同位素在悬浮物吸附模型得到最好的解释:该模型对黄土的物理侵蚀非常敏感,可能忠实地记录了受季风降水制约的硅酸岩风化行为,特别是在暴雨和春季融冰期。研究进一步表明,随着季风季节河流悬浮物颗粒通量增加13个数量级,Ba的解吸附可能导致边缘海中Ba浓度和同位素组成的强烈变化。 

图1 黄河河水Ba含量及其同位素季节性变化 

  以上研究结果近日在线发表在国际地学期刊Earth and Planetary Science Letters,该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的资助。 

  全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1930682X  

    

    (地表过程与化学风化研究室供稿) 


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