大陸硅酸鹽巖的風(fēng)化作用是長時間尺度上調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)平衡和維持地球宜居性的關(guān)鍵機制，其不僅控制著地表的物質(zhì)循環(huán)和元素遷移，也影響著大陸風(fēng)化輸出通量的變化。盡管大陸風(fēng)化通量的重要性已被廣泛認可，但含鈣鎂硅酸鹽巖風(fēng)化輸出的物質(zhì)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(xué)在大陸風(fēng)化研究中得到了廣泛應(yīng)用，為示蹤風(fēng)化作用機制和地表物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化提供了新視角。其中，Mg同位素在示蹤大陸風(fēng)化作用方面優(yōu)勢顯著，風(fēng)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(dǎo)致Mg同位素分餾，使得Mg同位素在不同相態(tài)的物質(zhì)中具有不同的地球化學(xué)行為。然而，硅酸鹽巖風(fēng)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(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)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(dǎo)下，聯(lián)合華盛頓大學(xué)滕方振教授，選取海南島北部的玄武巖風(fēng)化剖面作為研究對象，開展了礦物學(xué)、元素和Mg同位素組成研究。取得了以下主要進展：
（1）風(fēng)化產(chǎn)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(xiàn)出先增加后減小的趨勢，且大部分風(fēng)化產(chǎn)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(fēng)化產(chǎn)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(fēng)化剖面中Mg同位素分餾的主導(dǎo)因素，不同pH條件下高嶺石結(jié)構(gòu)的變化對26Mg表現(xiàn)出明顯的傾向性（圖2）。
（3）基于風(fēng)化剖面尺度，創(chuàng)新性地提出估算風(fēng)化通量和CO2消耗的新方法，計算得到玄武巖化學(xué)風(fēng)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(nèi)玄武巖風(fēng)化消耗的大氣CO2通量，并將這一結(jié)果推廣至全球范圍。結(jié)果顯示，全球玄武巖風(fēng)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(xué)風(fēng)化過程中元素與同位素行為及其風(fēng)化輸出通量的定量化研究提供了技術(shù)手段，也明確了玄武巖風(fēng)化在全球碳循環(huán)平衡中的關(guān)鍵作用。
圖1 玄武巖風(fēng)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(fēng)化剖面中δ26Mg值與（a）τMg,Ti值和（d）pH值之間的關(guān)系；高嶺石/蒙脫石與（b）τMg,Ti值和（c）δ26Mg值之間的關(guān)系
圖3 τMg,Ti值與（a）MgFlux和（b）δ26MgFlux的關(guān)系，CIA值與（c）MgFlux和（d）δ26MgFlux的關(guān)系
圖4 （a）玄武巖風(fēng)化剖面中CIA值與FCO2的關(guān)系；（b）華南地區(qū)玄武巖風(fēng)化剖面的FCO2統(tǒng)計圖
????相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際地學(xué)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(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目等項目的聯(lián)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
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