大陸硅酸鹽巖的風化作用是長時間尺度上調節(jié)全球碳循環(huán)平衡和維持地球宜居性的關鍵機制，其不僅控制著地表的物質循環(huán)和元素遷移，也影響著大陸風化輸出通量的變化。盡管大陸風化通量的重要性已被廣泛認可，但含鈣鎂硅酸鹽巖風化輸出的物質通量的準確量化和大氣CO2消耗對氣候變量的反饋仍然未受到有效限制。近年來，非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素地球化學在大陸風化研究中得到了廣泛應用，為示蹤風化作用機制和地表物質遷移轉化提供了新視角。其中，Mg同位素在示蹤大陸風化作用方面優(yōu)勢顯著，風化過程中原生礦物溶解、次生礦物形成、黏土礦物的吸附與解吸附過程以及生物作用均會導致Mg同位素分餾，使得Mg同位素在不同相態(tài)的物質中具有不同的地球化學行為。然而，硅酸鹽巖風化過程中Mg同位素分餾機制及影響因素仍存在爭議。
針對上述科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士生雒愷，在馬金龍正高級工程師和韋剛健研究員的指導下，聯合華盛頓大學滕方振教授，選取海南島北部的玄武巖風化剖面作為研究對象，開展了礦物學、元素和Mg同位素組成研究。取得了以下主要進展：
（1）風化產物的τMg,Ti值為-34.1% ~ -95.7%，δ26Mg值為-0.25‰ ~ 0.43‰，Mg同位素組成在剖面中自下而上呈現出先增加后減小的趨勢，且大部分風化產物的δ26Mg值高于母巖值（圖1）。
（2）含鎂原生礦物分解釋放出可遷移的Mg，但該過程對Mg同位素分餾似乎沒有明顯影響。蒙脫石形成和分解過程影響了風化產物中Mg的虧損，這一過程可能影響Mg同位素分餾。高嶺石是風化剖面中Mg同位素分餾的主導因素，不同pH條件下高嶺石結構的變化對26Mg表現出明顯的傾向性（圖2）。
（3）基于風化剖面尺度，創(chuàng)新性地提出估算風化通量和CO2消耗的新方法，計算得到玄武巖化學風化過程中的Mg元素通量（MgFlux）為2.45?~ 5.85 mol/cm2/Myr，Mg同位素通量（δ26MgFlux）為-0.44?~ -0.04 ‰/mol/cm2/Myr（圖3）。該研究進一步估算了研究區(qū)內玄武巖風化消耗的大氣CO2通量，并將這一結果推廣至全球范圍。結果顯示，全球玄武巖風化消耗的CO2通量為2.3 × 1012?mol/yr（圖4）。我們的研究為大陸硅酸鹽巖化學風化過程中元素與同位素行為及其風化輸出通量的定量化研究提供了技術手段，也明確了玄武巖風化在全球碳循環(huán)平衡中的關鍵作用。
圖1 玄武巖風化剖面中MgO含量、Mg同位素組成、τMg,Ti值、CIA值、WIP值和pH值隨深度的變化
圖2 玄武巖風化剖面中δ26Mg值與（a）τMg,Ti值和（d）pH值之間的關系；高嶺石/蒙脫石與（b）τMg,Ti值和（c）δ26Mg值之間的關系
圖3 τMg,Ti值與（a）MgFlux和（b）δ26MgFlux的關系，CIA值與（c）MgFlux和（d）δ26MgFlux的關系
圖4 （a）玄武巖風化剖面中CIA值與FCO2的關系；（b）華南地區(qū)玄武巖風化剖面的FCO2統(tǒng)計圖
????相關研究成果近期發(fā)表于國際地學期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。該項研究受到國家重點研發(fā)計劃和廣東省基礎與應用基礎研究重大項目等項目的聯合資助。
????論文信息：Luo,K.（雒愷）,Ma,J.-L.（馬金龍）,Teng,F.-Z.（滕方振）,Wei,G.-J.（韋剛?。?Zhu,G.-H.（朱冠虹）,Zeng,T.（曾提）,& Wang,Z.-B.（王志兵） (2025). Magnesium isotope fractionation during basalt weathering: An index of weathering fluxes and CO2 consumption. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF007774. https://doi.org/10.1029/2024JF007774
????論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JF007774
附件下載：