穩定鍶同位素在錳氧化物吸附中的分餾機制獲揭示

近日，中國科學院廣州地球化學研究所博士生劉賁和研究員韋剛健等人在國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的支持下，開展了一系列鐵錳氧化物吸附實驗，研究揭示了穩定鍶同位素在錳氧化物吸附過程中的分餾機制。相關成果發表于《地球化學、地球物理學、地球系統學》（Geochemistry，Geophysics，Geosystems）。

硅酸鹽風化通過消耗大氣中的二氧化碳并將可溶性陽離子輸送到河流和海洋，顯著影響海水的地球化學組成。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化輸入和海洋碳酸鹽沉淀，但同時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程的最經典指標，但由于海洋碳酸鹽和形成時周圍邊的海水具有相同的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值，單純依靠⁸⁷Sr/⁸⁶Sr不能精確區分以上過程的變化。海洋碳酸鹽的穩定鍶同位素（δ⁸⁸Sr）組成與海水之間存在顯著的分餾。因此，結合海水放射成因和穩定鍶同位素組成，從更高維度上能夠更精確反演大陸風化強度和碳酸鹽埋藏速率的變化，提高我們對全球Sr循環及其與海洋化學、大陸風化和氣候變化關系的了解。

海洋中常見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，但重建穩定鍶同位素記錄需要保證海水與沉積物之間具有穩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定鍶同位素分餾機制，研究員人員開展了一系列鐵錳氧化物吸附實驗，通過合成鐵錳氧化物沉積中的主要礦物，將其與含鍶溶液混合，觀察不同反應時間、pH、鍶濃度和離子強度下穩定鍶同位素分餾行為。

該研究發現，錳氧化物鍶吸附能力遠大于鐵氧化物，且高pH，低鍶濃度和離子強度對應高的鍶吸附率；錳氧化物吸附過程輕同位素優先被吸附，在低離子強度溶液和合成海水中δ⁸⁸Sr分餾分別為-0.14‰和-0.20‰，分餾過程符合平衡分餾規律，分餾大小不受時間、pH和鍶濃度影響；合成海水吸附實驗觀測到的分餾大小與天然鐵錳結核樣品與海水之間的同位素組成差異（-0.18±0.02‰）吻合，表明兩者具有相似的分餾機制，即海洋鐵錳氧化物沉積時和海水之間具有恒定的穩定鍶同位素分餾。

該研究表明，鐵錳氧化物沉積具有重建海水中穩定鍶同位素歷史的潛力，對深入研究海洋鍶循環演變、大陸風化歷史和全球碳循環具有重要意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GC011460