新聞動(dòng)態(tài)雒愷、馬金龍、韋剛健等-CG：Mg同位素揭示花崗巖風(fēng)化過程與全球碳匯
?化學(xué)風(fēng)化作用是調(diào)節(jié)地質(zhì)時(shí)間尺度大氣CO2和氣候變化的關(guān)鍵過程，其中硅酸鹽巖風(fēng)化對(duì)全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)至關(guān)重要?；◢弾r作為大陸上地殼的主要組成部分，其風(fēng)化過程的定量約束尚不明確。近年來，鎂（Mg）同位素在示蹤風(fēng)化強(qiáng)度和機(jī)制方面展現(xiàn)出巨大潛力，但花崗巖風(fēng)化過程中Mg同位素的分餾機(jī)制及其對(duì)風(fēng)化通量和碳消耗的指示意義仍有待系統(tǒng)研究。
?針對(duì)上述科學(xué)問題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后雒愷，在馬金龍正高級(jí)工程師和韋剛健研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合華盛頓大學(xué)滕方振教授，以廣東佛岡花崗巖風(fēng)化剖面為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了全巖及組成單礦物樣品的Mg同位素組成，揭示了花崗巖風(fēng)化過程中Mg同位素分餾行為與控制機(jī)理，并定量估算了Mg風(fēng)化通量及其對(duì)全球CO2消耗的貢獻(xiàn)。文章主要結(jié)論如下：
（1）全巖樣品的MgO含量介于0.17–0.71?wt%之間，Mg遷移率（τMg,Ti）范圍為-0.5–-52.8%，表明Mg在風(fēng)化過程中持續(xù)淋失（圖1）。全巖δ26Mg值范圍為-0.24–0.15‰，且與化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）和pH具有良好耦合關(guān)系。MgO含量減少與δ26Mg值增加的協(xié)同變化，突出了花崗巖在連續(xù)風(fēng)化過程中元素和同位素之間的內(nèi)在聯(lián)系（圖1）。組成單礦物結(jié)果顯示，伊利石富集輕Mg同位素（δ26Mg?= -3.26–-1.48‰），而高嶺石富集重Mg同位素（δ26Mg?= 0.04–0.70‰）。這一結(jié)果表明，不同粘土礦物在Mg同位素分餾中扮演截然不同的角色（圖2）。
（2）Mg同位素分餾主要受控于pH控制的吸附–解吸附過程。在弱酸性至中性條件下（pH?= 5.5–6.5），高嶺石通過結(jié)構(gòu)取代優(yōu)先固定重Mg同位素，而可交換位點(diǎn)吸附輕Mg；在強(qiáng)酸性條件下（pH < 5.0），可交換Mg被解吸附，導(dǎo)致殘余高嶺石中重Mg比例升高，但新生高嶺石繼承輕Mg同位素特征。該機(jī)制揭示了粘土礦物種類和溶液化學(xué)對(duì)Mg同位素行為的雙重控制。
（3）將本研究的Mg同位素?cái)?shù)據(jù)與同一剖面的Rb、K、Ca、Li同位素結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比，建立了不同同位素體系對(duì)花崗巖風(fēng)化過程的響應(yīng)層次：δ87Rb是近乎保守的示蹤劑；δ41K可示蹤中等風(fēng)化階段的鉀循環(huán)；δ44Ca用于示蹤流體化學(xué)復(fù)雜性；δ7Li極端靈敏，識(shí)別高流體通量區(qū)和風(fēng)化前鋒；而δ26Mg則系統(tǒng)、定量地記錄凈次生礦物形成，是量化花崗巖風(fēng)化強(qiáng)度的最優(yōu)指標(biāo)（圖3）。
（3）基于風(fēng)化通量定量化計(jì)算模型，估算出佛岡花崗巖風(fēng)化過程中Mg元素通量為0.45–0.89 mol/cm2/Myr，對(duì)應(yīng)的同位素通量（δ26MgFlux）為-0.07–-0.02‰。負(fù)值表明從剖面淋失的Mg相對(duì)于未風(fēng)化基巖偏輕，這為解釋花崗巖流域河水普遍偏輕的δ26Mg值（-0.54–-0.72‰）提供了直接機(jī)理證據(jù)。進(jìn)一步估算得出，全球花崗巖風(fēng)化消耗大氣CO2的通量約為1.9 × 1012?mol/yr。這一數(shù)值與基于流域水化學(xué)的獨(dú)立估算結(jié)果相吻合，證實(shí)了花崗巖風(fēng)化在全球碳循環(huán)中不可忽視的地位。對(duì)比華南地區(qū)玄武巖風(fēng)化剖面發(fā)現(xiàn)，單位面積花崗巖風(fēng)化CO2消耗通量低于玄武巖，但考慮到花崗巖占大陸上地殼面積約25%，其總貢獻(xiàn)仍十分顯著（圖4）。
?本研究系統(tǒng)揭示了花崗巖風(fēng)化過程中Mg同位素的分餾行為與機(jī)制，明確了pH依賴的吸附–解吸附和粘土礦物演化對(duì)同位素組成的控制作用。通過多同位素對(duì)比，首次建立了從局部流體–巖石相互作用到整體化學(xué)轉(zhuǎn)化的綜合風(fēng)化示蹤框架。Mg通量及CO2消耗的定量估算為評(píng)估大陸花崗巖風(fēng)化在全球碳循環(huán)和氣候反饋中的作用提供了可靠的同位素地球化學(xué)依據(jù)。
?雒愷為該論文第一作者，馬金龍正高級(jí)工程師為通訊作者，華盛頓大學(xué)滕方振教授和中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所韋剛健研究員為主要合作者。相關(guān)成果近期發(fā)表于國(guó)際知名地學(xué)期刊《Chemical Geology》。該項(xiàng)研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFF0800501、2024YFF0807803）和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2026A1515012402）的資助。
?論文信息：Luo, K.（雒愷）, Ma, J.-L.（馬金龍）, Teng, F.-Z.（滕方振）, Wei, G.-J.（韋剛?。? Zhu, G.-H.（朱冠虹）, Liu, J.-R.（劉佳蓉）, Zhang, Z.-Y.（張卓盈）, Wang, Z.-B.（王志兵）,（2025）. Granite weathering revealed by magnesium isotopes fractionation: Implications for the flux dynamics and global carbon sink. Chemical Geology, 123477.
?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2026.123477
圖1. 佛岡花崗巖風(fēng)化剖面中全巖樣品的MgO含量、Mg遷移率（τMg,Ti）、δ26Mg值、CIA和pH隨深度的變化。
圖2. 花崗巖風(fēng)化剖面中組成單礦物的Mg濃度和δ26Mg值隨深度的變化。圖（a）中的虛線代表石英、斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的Mg濃度。
圖3. 佛岡花崗巖風(fēng)化剖面中δ26Mg、δ7Li、δ41K、δ44Ca和δ87Rb值隨深度的變化。
圖4.（a）化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）與CO2消耗通量（FCO2）關(guān)系圖。（b）華南地區(qū)部分花崗巖和玄武巖風(fēng)化CO2消耗通量和風(fēng)化速率匯總。
圖5. 花崗巖風(fēng)化過程中Mg同位素行為、風(fēng)化通量和CO2消耗示意圖。注釋：①黑云母分解釋放重Mg同位素(26Mg); ②綠泥石形成吸附26Mg，分解優(yōu)先釋放輕Mg同位素(24Mg); ③伊利石形成吸附24Mg; ④伊利石分解釋放24Mg; ⑤高嶺石形成繼承了前體礦物的Mg同位素特征(層間并入26Mg，表面吸附24Mg); ⑥高嶺石解吸釋放26Mg和24Mg; ⑦Mg2+從河流運(yùn)輸?shù)胶Ｑ? ⑧海洋沉積物中Mg2+沉淀; ⑨花崗巖化學(xué)風(fēng)化消耗大氣CO2; ⑩雨水和風(fēng)塵等外源輸入。
