海洋锂循环及其对表层碳循环的指示

以地球系统科学的视角研究大气二氧化碳含量对地球宜居性的扰动是当今最为前沿的地球科学问题之一。大气二氧化碳浓度受控于火山、地幔排气、大陆风化和反风化等过程。大陆风化和高温热液作用是海洋锂的主要来源,而反风化作用则是海洋锂储库的汇。风化过程、热液蚀变和反风化过程中,锂同位素发生不同程度的分馏,而这些源和汇过程中的锂通量及其同位素的分馏共同控制了海水的锂同位素组成。因此,海水锂同位素组成可用于地表环境深时碳循环的示踪。近年来,通过海洋碳酸盐岩的锂同位素、87Sr/86Sr比值及碳同位素等指标的联用,来示踪新生代和前寒武纪等关键地质时期的构造—气候—风化共同影响的碳循环过程是研究热点。文章梳理了现代海洋锂元素循环的源汇过程,重新限定大陆风化和高温热液输入海洋的锂同位素组成。并在此基础上,分析了目前海水锂同位素质量平衡模型中的不确定性,探讨了海水锂同位素记录在示踪深时碳循环方面的应用和局限性,为锂元素及其同位素指标的应用和全球锂循环研究的深入提供参考。

土壤中次生与碎屑组分的差异性剥蚀

在地表过程研究中,一般以表层土壤可溶元素的亏损程度代表风化强度,以表层土壤粗颗粒矿物中宇生核素的积累计算土壤存留时间,进而推算土壤剥蚀速率。这两种方法都基于一个重要的假设,即土壤中不同组分的一致剥蚀。相对于新鲜基岩,土壤中可溶元素的亏损主要体现在细颗粒次生黏土组分,而碎屑矿物的亏损程度较弱。细颗粒次生黏土的优先剥蚀会导致风化强度的低估,还会导致粗颗粒矿物存留时间大于土壤的总存留时间,从而低估土壤剥蚀速率。最近的研究表明,土壤不同组分可能存在差异性剥蚀。通过莱索托高地玄武岩风化土壤和流域地表水的铀同位素组成验证土壤不同组分是否存在差异性剥蚀。结果表明,碎屑组分在土壤中的存留时间为(543±32)ka,而次生黏土组分的存留时间为(22±11)ka,二者相差一个数量级。次生组分的存留时间与由区域风化通量计算得到的剥蚀速率24~33 t/(km^2⋅a)相匹配,表明次生黏土是土壤剥蚀的主要组成部分。该发现表明土壤中不同组分的差异性剥蚀可能是普遍存在的。次生黏土的优先剥蚀会导致风化强度和剥蚀速率被低估,引起风化通量的估算偏低,进而低估化学风化在全球碳循环中的作用。