钙-镁硅酸盐矿物化学风化作为在理论量级上唯一能够与地球深部脱气作用相平衡的负反馈过程，在地质时间尺度上调节着大气二氧化碳水平和气候变化。镁作为主要造岩元素，其同位素体系在地表地球化学过程中具有显著的分馏效应，对研究大陆风化具有直接指示作用。前人在利用河流镁同位素组成探讨流域硅酸盐岩风化过程方面展开了一系列工作。然而，由于河流物质来源和镁同位素分馏过程的影响因素很复杂，该理论框架还存在一定缺陷，比如碳酸盐的形成就对镁同位素具有显著分馏作用，在流域尺度上是否也会对河流镁同位素组成产生影响？这一关键问题限制了镁同位素体系在大陆风化研究乃至地表物质循环研究中的应用。 

　　针对上述问题，中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室风化剥蚀与环境学科组博士生赵童与导师徐志方研究员、刘文景副研究员等，对金沙江河流水化学和镁同位素组成开展系统研究工作。结果表明，流经碳酸盐岩和蒸发岩分布流域的河水具有比基岩更高的δ²⁶Mg值，碳酸盐（方解石和白云石）过饱和河水的镁含量及其同位素组成与不饱和河水的相应指标差异明显（图1a）。对金沙江河水，尤其是碳酸盐过饱和的河水样品镁同位素组成，做大气沉降输入校正、以及岩石风化端元混合作用的定量辨析后，仍呈现出明显偏重的现象。进一步分析发现粘土矿物形成对河水δ²⁶Mg值影响有限（图1b，图2），并且碳酸盐过饱和河水与河流悬浮物δ²⁶Mg呈良好的负相关关系（图3）。次生碳酸盐形成可能是河水镁同位素组成偏重的主要原因。在碳酸盐沉淀过程中，溶液pH值降低，同时轻镁同位素优先进入次生碳酸盐相，导致溶液相δ²⁶Mg升高。综合分析河流水化学和区域气候地质背景，以及土壤/岩石表面附着的次生碳酸盐薄层的矿物学、元素地球化学特征，该研究认为，流域次生碳酸盐形成是驱使河流δ²⁶Mg变重的关键因素。 

图1  （a）河水1/Mg-δ²⁶Mg关系图；（b）河水pH-δ²⁶Mg关系图（实心圆点为相对碳酸盐饱和的河水样品，空心圆点为相对碳酸盐不饱和河水样品）

图2 （a）悬浮物Rb-悬浮物δ²⁶Mg关系图；（b）悬浮物Rb-河水δ²⁶Mg关系图

图3 河水δ²⁶Mg与河流悬浮物δ²⁶Mg关系图（实心圆点为相对碳酸盐饱和的河水样品，空心圆点为相对碳酸盐不饱和河水样品）

　　碳酸盐沉淀反应持续在流域土壤水、孔隙水和地下水中进行，轻镁同位素优先进入次生碳酸盐相，残留溶液的镁同位素组成逐渐向较重方向演化，成为新的重镁同位素组成的流体物质端元，进而影响河流镁同位素组成。本研究揭示的这一机制表明，在流域风化、镁生物地球化学循环、甚至全球碳循环研究中，应充分考虑流域次生碳酸盐形成过程产生的影响。

　　研究成果发表于Geochimica et Cosmochimica Acta。（Zhao T, Liu W, Xu Z, et al. The influence of carbonate precipitation on riverine magnesium isotope signals: New constrains from Jinsha River Basin, Southeast Tibetan Plateau[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, 248: 172-184.DOI:10.1016/j.gca.2019.01.005）