廣州地化所揭示δ98/95Mo在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中分餾的新機(jī)制
限定陸源輸入到海洋Mo同位素組成和通量是運(yùn)用Mo同位素反演地質(zhì)歷史時(shí)期全球海洋和大氣缺氧事件重要的前提。厘清Mo同位素在地殼巖石風(fēng)化過(guò)程中分餾機(jī)制和探尋風(fēng)化產(chǎn)物中偏輕的δ98/95Mo的主要宿主是限定河流輸入到海洋中Mo同位素通量的主要途徑。然而,目前關(guān)于Mo同位素在巖石化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中的具體分餾機(jī)制仍然不清楚,同時(shí),風(fēng)化產(chǎn)物中偏輕的δ98/95Mo的主要宿主仍未找到。因此,解決以上兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題對(duì)于限定陸源輸入到海洋的Mo同位素組成通量和完善Mo同位素指示功能具有重要的意義。
最近,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所韋剛健研究團(tuán)隊(duì)(穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組)王志兵博士及合作者調(diào)查了中國(guó)華南地區(qū)花崗巖風(fēng)化剖面(長(zhǎng)約40米)全巖、不同化學(xué)提取相態(tài)、粘土礦物組分以及剖面周邊河流的δ98/95Mo組成特征。全巖結(jié)果顯示,從風(fēng)化剖面底部到頂部,Mo的遷移率(τ MoTiO2)從59.1%逐漸降低到 –77.0%,而δ98/95Mo組成從–1.46‰逐漸升高到–0.17‰。研究表明,風(fēng)化剖面中δ98/95Mo組成的這種變化特征主要受吸附和解吸附過(guò)程控制,在這個(gè)過(guò)程中偏輕的δ98/95Mo優(yōu)先被吸附和釋放。依據(jù)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步得出,Fe氧化物是風(fēng)化產(chǎn)物中Mo的主要吸附體或宿主,其占據(jù)總Mo比例為41.5%–86.2%,同時(shí),Fe氧化物相態(tài)δ98/95Mo組成(–1.57‰ - –0.59‰)偏輕于相應(yīng)的全巖。因此,研究認(rèn)為Fe氧化物吸附和解吸附過(guò)程控制著風(fēng)化剖面中δ98/95Mo組成的變化特征。最后,通過(guò)對(duì)比風(fēng)化剖面和河流δ98/95Mo組成特征相對(duì)于母巖的分餾程度,發(fā)現(xiàn)二者互補(bǔ)性明顯,進(jìn)一步說(shuō)明了巖石化學(xué)風(fēng)化控制著河流Mo同位素組成特征,進(jìn)而影響著陸源輸入Mo同位素組成和通量。
該研究首次提出Fe氧化物控制著化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中Mo同位素的分餾,其對(duì)深入了解化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中Mo同位素分餾機(jī)制和地表過(guò)程Mo同位素平衡問(wèn)題具有重要的意義。
相關(guān)成果發(fā)表在Geochimica et Cosmochimica Acta期刊上。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣州市科學(xué)(技術(shù))研究專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目項(xiàng)目資助。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718300619

圖1. 左邊為中國(guó)華南佛岡地區(qū)巖石類型和風(fēng)化剖面位置;右邊為佛岡花崗巖風(fēng)化剖面柱狀圖(包含四個(gè)不同風(fēng)化階段)。

圖2.佛岡花崗巖風(fēng)化剖面中δ98/95Mo與τ MoTiO2和化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA)相關(guān)性圖。

圖3. a) 佛岡花崗巖風(fēng)化剖面全巖Mo含量與Fe氧化物態(tài)中Mo含量(MoNH2OH-HCl)相關(guān)性圖;b) 佛岡花崗巖風(fēng)化剖面全巖δ98/95Mo 組成與Fe氧化物態(tài)中δ98/95Mo 組成(δ98/95MoNH2OH-HCl)相關(guān)性圖; c) 佛岡花崗巖風(fēng)化剖面樣品(30–0 米)和周邊河流樣品中Mo同位素組成相對(duì)于未風(fēng)化基巖的分餾程度(?δ98/95Mo)對(duì)比圖。

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