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黃河河水化學揭示溫度對Li同位素季節性變化的控制
2019-04-02| 編輯: | 【 】【打印】【關閉

  硅酸鹽巖風化是維持地質時間尺度地球宜居性和碳循環平衡的關鍵,也是驅動氣候變化的重要因子,是系統地球科學和地表地球動力學領域研究的重大基礎理論前沿之一。然而,硅酸鹽巖風化的控制機理一直存在爭論,現有風化動力學無法解釋大陸風化與受氣候和構造抬升剝蝕之間的復雜關系。因此,開發示蹤硅酸鹽風化新手段,評估化學風化的強度和通量,是深刻理解化學風化通量與大氣CO2之間負反饋的關鍵。 

  Li同位素作為最具潛力的硅酸鹽風化示蹤劑,是近幾年表生地球化學研究的熱點之一。然而,已有的河水Li同位素示蹤大陸風化的研究主要來自空間上樣品,受巖性、氣候、水文等因素的影響,對于Li同位素如何反映硅酸鹽風化還未達成共識,甚至出現了相互矛盾的觀點。黃河中游流經黃土高原,黃土具有較為均一的、可以代表上地殼的元素及Li同位素組成,并得益于季風造成的強烈季節性氣候反差,使得Li同位素示蹤陸殼尺度上硅酸鹽風化成為可能。 

  中國科學院地球環境研究所金章東研究員領導的研究團隊,聯合倫敦大學學院(UCLPhilip A. E. Pogge von Strandmann博士和法國Centre National de la Recherche ScientifiqueAlbert Galy教授等利用2013年在黃河中游收集的每周一次的黃河河水和懸浮物樣品,結合實時監測溫度、徑流等參數,解析了黃河河水中Li的來源,并揭示了溫度對河水Li同位素的直接控制。研究結果表明,黃河河水Li主要來源于黃土的硅酸鹽風化(占比約60%),另一個重要的來源是蒸發巖的溶解(占比約25%),其同位素呈現出約5‰的季節變化。最重要的是,我們首次在黃河中觀察到了溫度對河水Li同位素組成季節性變化的控制(如圖1),彌補了標準同位素分餾效應預測的缺失。由此我們提出,在新生代全球溫度大約下降15℃的情形下,河水Li同位素季節性變化本身可以解釋新生代全球海水Li同位素9‰上升的約四分之一,這為海洋Li同位素組成變化提供了新的線索。 

   

  1 溫度控制的黃河河水Li同位素季節性變化 

    

  以上研究結果近日在線發表在國際著名地學期刊Geochimica Cosmochimica Acta上(鏈接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703719300201)。該研究得到國家自然科學基金、中國科學院、ERC等共同資助。  

    

    (地表過程與化學風化研究室供稿) 


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