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沉积物Li同位素示踪流域大陆风化的可靠性

2、地球化学 > 专题14：表生过程的金属元素和同位素地球化学

和全球大洋生物碳酸盐的Li同位素记录相比，沉积物Li同位素基本不受生物分馏作用的影响，且可以指示某个特定区域风化-气候响应的信息。近几年来，钻孔沉积物的Li同位素组成开始被用于恢复历史时期特定流域沉积物化学风化强度，特别是气候转型期流域土壤发育情况。这些研究的基本假设是沉积物δ7Li越低表明次生黏土矿物形成越多，土壤越发育。然而，这一假设一直没有得到很好的验证。
本研究系统总结了目前已发表的全球河流水体-沉积物Li同位素组成。全球河流水体δ7Li所受影响因素各异，整体上河水δ7Li越高，表示流域趋向于非协同式风化，次生粘土矿物中Li的比例也就越高(Misra and Froelich, 2012)。然而，河流沉积物δ7Li的变化趋势与水体并不相同。对于同一个流域，沉积物δ7Li组成更接近于平均上陆壳[UCC，0±2‰（1σ，[Li]=35±11 ppm，Teng et al. (2004)）或0.6±0.6‰（2σ，[Li]=30.5±3.6 ppm，Sauzéat et al. (2015)），变化范围也明显小于水体。这可能是因为，目前全球化学风化释放的Li大部分赋存于固体次生组分中，这必然导致沉积物Li同位素分馏远小于水体，δ7Li组成也接近于源岩。随着不同流域水体δ7Li增高，对应的沉积物δ7Li并没有降低的趋势。这可能因为：①不同流域源岩δ7Li组成有差异，如冰岛河流源岩为玄武岩，δ7Li平均为3.4±1.4‰，明显高于UCC(Pogge von Strandmann et al., 2006; Vigier et al., 2009)。已有研究表明，源岩类型对水体Li同位素组成影响不大，但却对固体风化产物δ7Li有显著影响；②沉积物中不仅包含现代风化产物，还含有大量未风化以及再旋回的沉积岩碎屑物质，沉积物δ7Li除包含经历风化强度信息外，还很大程度上继承其源岩经历的先前旋回的化学风化信号(Dellinger et al., 2014)；③不同研究采集沉积物粒度和矿物组成不同，水动力分选的影响并未消除。
综上，陆源沉积物δ7Li示踪大陆风化的有效性和敏感性可能需要重新审视，只有综合考量源岩类型和水动力分选等不同因素的控制作用，沉积物δ7Li才能成为一个可靠的化学风化指标。