硅酸鹽風(fēng)化通過(guò)消耗大氣中的二氧化碳并將可溶性陽(yáng)離子輸送到河流和海洋，顯著影響海水的地球化學(xué)組成。海洋中溶解的鍶具有均一的同位素組成，其最主要的源和匯分別是大陸風(fēng)化輸入和海洋碳酸鹽沉淀，但同時(shí)也受其他因素如海底熱液輸入和鐵錳氧化物清除等的影響。放射成因鍶同位素組成（87Sr/86Sr）是示蹤海洋鍶源匯過(guò)程的最經(jīng)典指標(biāo)，但由于海洋碳酸鹽和形成時(shí)周?chē)叺暮Ｋ哂邢嗤?7Sr/86Sr比值，單純依靠87Sr/86Sr不能精確區(qū)分以上過(guò)程的變化。海洋碳酸鹽的穩(wěn)定鍶同位素（δ88Sr）組成與海水之間存在顯著的分餾。因此，結(jié)合海水放射成因和穩(wěn)定鍶同位素組成，從更高維度上能夠更精確反演大陸風(fēng)化強(qiáng)度和碳酸鹽埋藏速率的變化，提高我們對(duì)全球Sr循環(huán)及其與海洋化學(xué)、大陸風(fēng)化和氣候變化關(guān)系的了解。

海洋中常見(jiàn)的沉積鐵錳氧化物是記錄海水鍶同位素變化歷史的潛在載體，但重建穩(wěn)定鍶同位素記錄需要保證海水與沉積物之間具有穩(wěn)定并可以限定的分餾。為探究鐵錳氧化物沉積與海水之間的穩(wěn)定鍶同位素分餾機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組劉賁博士生和韋剛健研究員等開(kāi)展了一系列鐵錳氧化物吸附實(shí)驗(yàn)，通過(guò)合成鐵錳氧化物沉積中的主要礦物，將其與含鍶溶液混合，觀察不同反應(yīng)時(shí)間、pH、鍶濃度和離子強(qiáng)度下穩(wěn)定鍶同位素分餾行為。獲得以下主要認(rèn)識(shí)：1）錳氧化物鍶吸附能力遠(yuǎn)大于鐵氧化物，且高pH，低鍶濃度和離子強(qiáng)度對(duì)應(yīng)高的鍶吸附率（圖1）；2）錳氧化物吸附過(guò)程輕同位素優(yōu)先被吸附，在低離子強(qiáng)度溶液和合成海水中δ⁸⁸Sr分餾分別為-0.14‰和-0.20‰，分餾過(guò)程符合平衡分餾規(guī)律，分餾大小不受時(shí)間、pH和鍶濃度影響（圖2，3）；3）合成海水吸附實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的分餾大小與天然鐵錳結(jié)核樣品與海水之間的同位素組成差異（-0.18±0.02‰）吻合（圖4），表明兩者具有相似的分餾機(jī)制，即海洋鐵錳氧化物沉積時(shí)和海水之間具有恒定的穩(wěn)定鍶同位素分餾。這項(xiàng)研究表明鐵錳氧化物沉積具有重建海水中穩(wěn)定鍶同位素歷史的潛力，對(duì)深入研究海洋鍶循環(huán)演變、大陸風(fēng)化歷史和全球碳循環(huán)具有重要意義。

該研究成果近期發(fā)表于國(guó)際地學(xué)刊物《Geochemistry,Geophysics,Geosystems》。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

論文信息：Liu,B.（劉賁）,Zhu,G.（朱冠虹）,Ma,J.（馬金龍）,Zhang,L.（張樂(lè)）,Wei,G.^*（韋剛健） 2024. Equilibrium fractionation of stable strontium isotopes during adsorption to Mn oxides. Geochemistry,Geophysics,Geosystems,25,e2024GC011460. https://doi.org/10.1029/2024GC011460

論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GC011460

圖1 錳氧化物吸附實(shí)驗(yàn)中鍶吸附率隨a)時(shí)間、b)pH和c)溶液鍶濃度的變化

圖2 錳氧化物吸附過(guò)程中吸附態(tài)鍶和溶解態(tài)鍶穩(wěn)定鍶同位素組成在低離子強(qiáng)度溶液中隨a)時(shí)間、b)鍶吸附率和c)pH的變化，以及d)在合成海水中隨鍶吸附率的變化

圖3 錳氧化物吸附過(guò)程的穩(wěn)定鍶同位素分餾大小：a)低離子強(qiáng)度溶液；b)合成海水

圖4 天然鐵錳結(jié)核樣品與海水之間的穩(wěn)定鍶同位素組成差異與合成海水實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的分餾（綠色虛線）吻合