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      張卓盈等-GCA:在揭示風(fēng)化過(guò)程中Rb同位素分餾機理上取得新進(jìn)展

      撰稿: 發(fā)布時(shí)間:2021-09-08

            銣(Rb)作為一個(gè)具有中度揮發(fā)性、流體活動(dòng)性、在巖漿過(guò)程中呈強不相容性的堿金屬元素,其同位素體系已經(jīng)被應用到提高Rb-Sr定年精度、制約太陽(yáng)系內部行星演化過(guò)程等方面。然而,受化學(xué)純化方法和分析精度的制約,前人認為地球上的Rb同位素基本不存在分餾,目前還沒(méi)有針對表生地質(zhì)過(guò)程中的Rb同位素分餾的報道。然而,Rb作為一個(gè)高質(zhì)量數元素,源區同位素組成變化小,在研究全球尺度的硅酸鹽巖風(fēng)化方面有其獨特的優(yōu)勢,理解Rb在表生地球化學(xué)過(guò)程中是否存在分餾,及相應的分餾機制可能對示蹤大陸硅酸鹽風(fēng)化具有重要的指示意義。

        為厘清Rb同位素在地殼巖石風(fēng)化過(guò)程中的分餾機制,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室的張卓盈博士和馬金龍高級工程師等人選取中國南部廣東省清遠市佛岡縣長(cháng)約40 m的花崗巖風(fēng)化剖面為研究對象,調查了全巖樣品的Rb元素遷移率變化和同位素組成,并對全巖中的不同單礦物、剖面附近的溪流水樣的Rb同位素組成進(jìn)行了測定。結果顯示,佛岡花崗巖風(fēng)化剖面全巖Rb同位素組成差異顯著(zhù),δ87Rb值從新鮮母巖的-0.30‰變化到風(fēng)化產(chǎn)物的0.04‰。全巖Rb同位素組成與化學(xué)風(fēng)化指數(CIA)、Rb元素遷移率的變化()之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系,Rb同位素組成隨著(zhù)化學(xué)風(fēng)化程度的增強,Rb元素的富集逐漸偏重,87Rb富集在風(fēng)化產(chǎn)物中。來(lái)自不同深度單礦物的Rb含量和Rb同位素組成數據顯示,粘土礦物對Rb的吸附解吸附過(guò)程是控制整個(gè)風(fēng)化剖面Rb元素發(fā)生遷移,Rb同位素產(chǎn)生分餾的主要原因。伊利石作為化學(xué)風(fēng)化的中間產(chǎn)物,Rb同位素組成約發(fā)生了0.18‰的變化,與全巖風(fēng)化過(guò)程中發(fā)生的分餾趨勢相反,可能受到復雜過(guò)程的影響,例如伊利石吸附原生礦物釋放出的Rb+,又在分解形成高嶺石過(guò)程中再次被釋放。而高嶺石作為本剖面化學(xué)風(fēng)化的最終產(chǎn)物,具有最重的Rb同位素組成,趨向于吸附87Rb同位素,是控制整個(gè)風(fēng)化剖面Rb同位素組成逐漸變重的重要組分。佛岡花崗巖附近溪流的Rb同位素數據顯示,河水具有比剖面頂部風(fēng)化殘積物更輕的δ87Rb值,85Rb傾向于進(jìn)入流體相,這與K同位素表現出來(lái)的地球化學(xué)行為相反。

        本研究首次發(fā)現在表生地球化學(xué)過(guò)程中Rb同位素存在明顯的分餾,完善了我們對地球上Rb同位素行為的認識;并指出花崗巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中粘土礦物的吸附解吸附過(guò)程是驅動(dòng)Rb同位素發(fā)生分餾的主要因素,為利用δ87Rb示蹤大陸風(fēng)化提供理論依據。


      圖1:(a)研究區簡(jiǎn)化地質(zhì)圖。(b)佛岡花崗巖風(fēng)化剖面柱狀圖。

      圖2:風(fēng)化剖面、TOC、pH、δ87Rb和CIA隨深度變化特征。

      圖3:風(fēng)化剖面中主要含Rb礦物的(a)Rb含量變化和(b)δ87Rb組成變化。

        該研究成果近期發(fā)表于國際地球化學(xué)權威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。該項研究獲得了國家自然科學(xué)基金(41991325,41573003,42021002)、廣東省基礎與應用基礎研究基金重大項目(2019B030302013)、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗室(廣州)人才團隊引進(jìn)重大專(zhuān)項(GML2019ZD0308)和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所項目(GIGCAS135項目135PY201605)等聯(lián)合資助。

        論文的實(shí)驗數據在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所公共技術(shù)服務(wù)中心元素與同位素分析平臺完成測試。

        論文信息:Zhang, Zhuoying; Ma, Jinlong*; Wang, Zhibing; Zhang, Le; He Xinyue; Zhu, Guanhong; Zeng, Ti, Wei, Gangjian. 2021. Rubidium isotope fractionation during chemical weathering of granite. Geochimica et Cosmochimica Acta.

        論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703721004762

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