新闻动态何昕悦等-EPSL：玄武岩风化Ti同位素组成及其分馏机理研究
Ti同位素作为新兴的非传统稳定同位素示踪沉积物源区的指标，其前提假设是表生过程中Ti同位素组成不受水-岩相互作用的影响。Greber等人（2017）Science的研究中应用这一假设，通过不同时代页岩的Ti同位素组成反演早期接受风化剥蚀的地壳化学组成，推测板块活动的起始时间早于35亿年，迈出了Ti同位素示踪源区的第一步。然而目前表生风化过程中Ti同位素组成的分馏特征及其控制机制的研究还极为欠缺。
针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素国家重点实验室何昕悦博士、马金龙正高级工程师、韦刚健研究员等选取了经历强烈化学风化的海南新生代玄武岩风化剖面，对其残积土全岩、母岩全岩及单矿物、风化产物化学提取的结晶铁（氢）氧化物相和残余相（由粘土矿物和铁钛氧化物组成）的Ti同位素组成进行了综合测定，以验证极端风化过程中是否存在Ti同位素的分馏及其解析分馏控制的机制。
研究结果如图1 所示，化学风化过程中风化剖面伴随着Ti元素的迁移存在明显的Ti同位素的分馏。剖面残积土样品之间的Ti同位素分馏可达0.14‰。并且瑞利分馏模型计算结果表明强烈化学风化条件下流体与残积土之间的Ti同位素分馏（Δ49Tifluid-remained）可达0.20‰，该研究首次证明了化学风化作用对于Ti同位素分馏的影响。
图1开放系统Ti同位素的瑞利分馏模型
进一步的研究结果表明风化产物中两个最主要的富钛相：结晶铁（氢）氧化物相（15%）和残余相（85%），两者之间存在极为显著的Ti同位素分馏，最高可达0.6‰（图2）。其中残余相具有轻的Ti同位素组成（δ49Ti = -0.165‰ ~ +0.043‰），继承了具有低δ49Ti（-0.200 ± 0.055‰）组成的钛铁矿的特征。而结晶铁（氢）氧化物相具有偏重的Ti同位素组成（δ49Ti = 0.108‰ ~ 0.540‰），继承自具有偏重的δ49Ti值的辉石斑晶（0.176 ± 0.039‰）和基质（0.153 ± 0.057‰）。Ti从辉石斑晶和玄武岩基质中风化释放进入流体再以替换Fe的方式进入结晶铁（氢）氧化物相的过程中亦存在明显的Ti同位素分馏。并且可交换相、结晶的铁（氢）氧化物相和有机物相是风化剖面中Ti的主要迁移形式，它们的迁出可能是引起剖面重Ti同位素优先迁移的主要原因。
图2 玄武岩风化残积土及其主要矿物相的钛同位素组成
综上，化学风化过程中含Ti矿物的形成和溶解控制了剖面的Ti同位素组成变化，此外，风化产物在河流搬运和沉积过程产生的矿物分选也可能产生Ti同位素的分馏。因此，Ti同位素组成在沉积物来源研究中的应用需要谨慎。
图 3 化学风化过程Ti同位素分馏机理
论文信息：何昕悦，马金龙，韦刚健，王志兵，张乐，曾提，张卓盈. Mass-dependent fractionation of titanium stable isotopes during intensive weathering of basalts [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2022, 579: 117347。
