河流体系锂同位素研究对地表风化过程的新认识

岩石和矿物的化学风化是改变地表形貌和控制元素地球化学循环的重要地质过程。也是表层地球系统科学(The Surface-Earth System Sciences)所关注的地表各圈层相互作用的主要形式。硅酸盐类风化过程的研究尤其受到格外关注，这是由于其风化过程中消耗CO₂，从而影响或控制着全球气候系统的演化，并对构造和气候变化产生响应。因此，大陆地壳岩石化学风化与成土、营养元素释放过程及其对全球CO₂和其他元素的生物地球化学循环的影响一直是地学和生物学等学科所高度关注的研究领域。 

水/岩作用过程是锂(Li)同位素分馏的主要过程，分馏的结果是⁶Li优先进入固相，而⁷Li则富集于液相。正因如此，锂同位素可以作为有用的示踪剂用来研究硅酸盐矿物风化过程。锂同位素给大陆风化研究带来了新的希望，因为δ⁷Li值的变化主要反映硅酸盐化学风化强度的变化。流域侵蚀过程的研究表明河水锂同位素组成可以反映流域化学风化速率的变化。但对于各种记录的解释，尤其是锂同位素组成与气候等因素变化之间的关系的研究是现阶段的难题。 

中国科学院地球化学研究所赵志琦课题组对长江流域样品溶解态和悬浮物的锂同位素的系统研究表明自上游而下，受地貌特征变化所影响，锂同位素分馏的受控因素在发生变化，进而导致河水锂同位素组成的规律性变化(溶解态δ⁷Li值：+7.6‰~+28.1‰，且沿上游至下游的逐渐升高；悬浮物的δ⁷Li则相对稳定，在-4.7‰和+0.7‰之间)。上游高山峡谷地区，物理侵蚀速率快，水/岩作用时间较短，因此河水δ⁷Li值较低；中下游地区则是地势平缓的平原地带，土层厚，因此物理剥蚀速率非常缓慢，水/岩作用时间长，这导致两相之间锂同位素分馏显著。模型计算表明，长江水道所传输的河积物以经过“再旋回”的沉积物为主，由于早期风化过程中大量可溶组分的淋滤，使其化学风化过程对大气CO₂的消耗量比预期的要小很多。 

本研究不仅对地表风化过程的机理有了新的认识，而且对于锂同位素记录与化学风化之间的关系有了新的见解。本研究所提出的再旋回沉积物对于认识陆壳组成的演化以及长时间尺度大气CO₂与风化化学风化之关系具有重要指示意义。 

本研究受国家973项目、国家自然科学基金等项目的联合资助。相关研究成果以题为: “Behavior of lithium isotopes in the Changjiang River system: Sources effects and response to weathering and erosion” 的研究论文发表在杂志《Geochimica et Cosmochimica Acta》。 

 全文见：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703714007248 

                                          （赵志琦 供稿）