广州地化所揭示δ98/95Mo在化学风化过程中分馏的新机制
限定陆源输入到海洋Mo同位素组成和通量是运用Mo同位素反演地质历史时期全球海洋和大气缺氧事件重要的前提。厘清Mo同位素在地壳岩石风化过程中分馏机制和探寻风化产物中偏轻的δ98/95Mo的主要宿主是限定河流输入到海洋中Mo同位素通量的主要途径。然而,目前关于Mo同位素在岩石化学风化过程中的具体分馏机制仍然不清楚,同时,风化产物中偏轻的δ98/95Mo的主要宿主仍未找到。因此,解决以上两个科学问题对于限定陆源输入到海洋的Mo同位素组成通量和完善Mo同位素指示功能具有重要的意义。
最近,中国科学院广州地球化学研究所韦刚健研究团队(稳定同位素地球化学学科组)王志兵博士及合作者调查了中国华南地区花岗岩风化剖面(长约40米)全岩、不同化学提取相态、粘土矿物组分以及剖面周边河流的δ98/95Mo组成特征。全岩结果显示,从风化剖面底部到顶部,Mo的迁移率(τ MoTiO2)从59.1%逐渐降低到 –77.0%,而δ98/95Mo组成从–1.46‰逐渐升高到–0.17‰。研究表明,风化剖面中δ98/95Mo组成的这种变化特征主要受吸附和解吸附过程控制,在这个过程中偏轻的δ98/95Mo优先被吸附和释放。依据化学提取实验进一步得出,Fe氧化物是风化产物中Mo的主要吸附体或宿主,其占据总Mo比例为41.5%–86.2%,同时,Fe氧化物相态δ98/95Mo组成(–1.57‰ - –0.59‰)偏轻于相应的全岩。因此,研究认为Fe氧化物吸附和解吸附过程控制着风化剖面中δ98/95Mo组成的变化特征。最后,通过对比风化剖面和河流δ98/95Mo组成特征相对于母岩的分馏程度,发现二者互补性明显,进一步说明了岩石化学风化控制着河流Mo同位素组成特征,进而影响着陆源输入Mo同位素组成和通量。
该研究首次提出Fe氧化物控制着化学风化过程中Mo同位素的分馏,其对深入了解化学风化过程中Mo同位素分馏机制和地表过程Mo同位素平衡问题具有重要的意义。
相关成果发表在Geochimica et Cosmochimica Acta期刊上。该项研究获得了国家自然科学基金和广州市科学(技术)研究专项重点项目项目资助。
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718300619
图1. 左边为中国华南佛冈地区岩石类型和风化剖面位置;右边为佛冈花岗岩风化剖面柱状图(包含四个不同风化阶段)。
图2.佛冈花岗岩风化剖面中δ98/95Mo与τ MoTiO2和化学风化指数(CIA)相关性图。
图3. a) 佛冈花岗岩风化剖面全岩Mo含量与Fe氧化物态中Mo含量(MoNH2OH-HCl)相关性图;b) 佛冈花岗岩风化剖面全岩δ98/95Mo 组成与Fe氧化物态中δ98/95Mo 组成(δ98/95MoNH2OH-HCl)相关性图; c) 佛冈花岗岩风化剖面样品(30–0 米)和周边河流样品中Mo同位素组成相对于未风化基岩的分馏程度(?δ98/95Mo)对比图。