作者:张行勇 马欣然 来源:中国科学报 发布时间:2020/3/21 21:17:14
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科学家首获黄河钡同位素变化曲线

 

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。但是,目前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。

欣慰的是得益于其他科学家在多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的发明,高精度测量钡(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。因为作为不相容元素之一的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。

近日,中国科学院地球环境研究所研究员金章东联合法国CRPG教授Albert Galy、IPGP的Julien Bouchez、中国科技大学教授黄方、天津大学教授陈玖斌等国内外科学家,在《地球和行星科学快报》上在线发表他们通过于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,获得的全球第一条季节性河水Ba同位素变化曲线。该研究填补了钡同位素陆表系统循环中的空白,并进一步探讨了在河流中Ba及其同位素循环迁移过程。  

据金章东介绍,该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δ138Ba(0.00 ± 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%)。

相关专家认为,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。

该研究结果还进一步表明,随着季风季节河流悬浮物颗粒通量增加1至3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。

相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115990

 
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