硫同位素非質量依賴分餾效應的來源研究獲進展

　　近日，中國科學院廣州地球化學研究所（以下簡稱廣州地化所）研究員林莽團隊在五硫同位素非質量依賴分餾效應的來源研究中取得進展，為地外樣品的行星化學分析和數據解讀帶來啟示。相關研究以主封面文章的形式發表于《美國化學會地球和空間化學》（ACS Earth and Space Chemistry）。

　　近20余年，同位素地球化學家陸續在隕石、沉積物、冰芯等多種記錄了太陽系和地球演化歷史的天然載體中觀測到多硫同位素（32S、33S、34S、36S）非質量依賴分餾效應（Sulfur Isotope Mass-independent Fractionation，S-MIF）。

　　學界普遍認為，S-MIF導致的硫同位素33S和36S異常主要通過含硫分子（如二氧化硫）的短波紫外線光化學反應產生，是示蹤大氧化事件、板塊運動、平流層火山噴發、火星硫循環、太陽系原行星盤演化等過程的重要工具。

　　然而，該同位素效應理論和地學應用領域的頭上存在一朵“烏云”：在現代地球大氣臭氧層阻隔了短波紫外線到達地面的情況下，為何我們在現代近地面大氣中仍能廣泛觀測到S-MIF現象？

　　為回答該問題，林莽早年引入了第五個硫同位素（宇生放射性同位素35S；半衰期約87.4天）作為高層大氣的示蹤物，率先開展了五硫同位素綜合研究。初步的五硫同位素分析結果顯示，近地面大氣的33S異常與35S相關，表明其產生機制可能與臭氧層上的光化學過程相關；而36S異常則與燃燒示蹤物相關，說明其產生機制可能涉及燃燒這一非光化學過程。

　　近年，廣州地化所博士后于曉曉和研究助理林曉敏在林莽的指導下，篩查了影響35S和36S分析精度的潛在因素，提出了較為簡易的解決方案，自主建立了五硫同位素高精度分析測試平臺。近日，該所碩士生殷彬晏在林莽指導下，在該測試平臺開展了大氣硫酸鹽S-MIF后續研究。

　　該研究結果進一步支持36S異常與燃燒過程相關，其化學機制可能與高溫氣態硫重組反應中由分子對稱性差異引起的同位素效應有關；但33S異常與高層大氣并無關聯，表明其來源和化學機制比想象中更為復雜，需要在未來的研究進一步深入探討。

　　鑒于類似幅度的S-MIF在火星隕石樣品中廣泛存在，林莽團隊從比較行星學角度思考，進一步提出，在解讀地外樣品多硫同位素數據時，必須慎重考慮S-MIF來源和同位素行星化學的復雜性。若簡單地以“S-MIF只與光化學反應有關”作為數據解讀的基本假設，在通過火星樣品多硫同位素反演火星古大氣過程的研究中可能會得到錯誤結論。