中国科学院广州地球化学研究所博士生雒恺在该所正高级工程师马金龙和研究员韦刚健的指导下，通过对玄武岩风化剖面锶（Sr）同位素研究解析了稳定Sr同位素的分馏机制并揭示了风化通量与风化强度之间的关系。近日，相关成果发表于《地球化学、地球物理学、地球系统学》（Geochemistry，Geophysics，Geosystems）。
硅酸盐岩的化学风化作用对地球关键带元素的迁移和地质历史时期的全球气候调节具有重要意义。作为一种碱土金属元素，Sr在化学风化过程中容易发生迁移，导致稳定Sr同位素产生明显的分馏作用，可作为陆相风化过程的有效示踪剂。然而，硅酸盐岩风化过程中稳定Sr同位素的分馏机制仍然认识不清，风化输出的物质通量未得到有效限制。因此，研究化学风化过程中Sr元素迁移及其同位素分馏对认识地表过程中Sr地球化学循环和大陆风化通量至关重要。
研究人员在国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究重大项目等项目的联合资助下，选取海南岛北部一深度为49.5米的玄武岩风化剖面为研究对象，开展了矿物学、元素和Sr同位素组成研究。结果显示，0~33.4米的风化剖面受到了外源物质输入的显著影响。在33.4~49.5米的风化剖面中，风化产物的化学蚀变指数为65.2~98.9，τSr,Ti值为-58.9%~-99.1%，表明强烈的玄武岩风化作用导致大量的Sr淋滤。风化产物的δ88Sr值为-0.29‰∽0.37‰，其稳定Sr同位素组成自下而上呈现出先减小后增加的趋势，且大部分风化产物的δ88Sr值低于母岩值。
在早期风化阶段，中等到弱酸性条件下，重Sr同位素在斜长石分解过程中淋滤出风化剖面，轻Sr同位素则吸附在蒙脱石和高岭石等次生矿物的表面，造成风化产物的稳定Sr同位素组成偏轻。随着风化作用的进行，pH逐渐降低，蒙脱石分解，高岭石在弱酸性条件下发生解吸附作用，先前吸附的轻Sr同位素重新释放到土壤溶液中。不同pH条件下，蒙脱石与高岭石的形成与分解控制了风化产物的δ88Sr值，pH是稳定Sr同位素分馏的重要影响因素。
此外，该研究基于风化剖面尺度，依据质量平衡提出估算风化通量的新方法，计算得到玄武岩化学风化过程中的Sr元素通量（SrFlux）为0.08~0.29（mg cm-3 Myr-1），Sr同位素通量（δ88SrFlux）为0.016~0.066[‰（mg cm-3 Myr-1）]。玄武岩风化过程中Sr元素迁移和稳定Sr同位素分馏与风化强度密切相关。随着化学风化强度的增加，Sr元素发生了显著淋滤，进而导致稳定Sr同位素分馏。
该研究揭示了风化通量与风化强度之间的关系，有助于我们认识玄武岩化学风化过程和量化风化通量。
相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2023GC011215
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