长石风化作用及影响因素分析

长石类矿物是地壳中最常见的硅酸盐矿物,其风化作用对地球表面环境有显著影响,因而是风化作用研究的重点矿物之一。文中以长石为例,对硅酸盐矿物的风化作用研究现状从矿物的自然风化、模拟矿物化学风化和矿物的生物风化3个方面进行阐述;对影响矿物风化的各种因素及其在风化过程中所起的作用,以及长石微生物风化作用的机理和过程进行分析;指出目前硅酸盐矿物风化研究中存在的问题,并对未来的发展方向提出建议,指出对微生物-矿物复合体微环境物理化学性质的深入研究可能成为揭示微生物-矿物相互作用机理的一个突破口。     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

来源物质控制的黄土酸不溶相87Sr/86Sr

陈骏等^[1]在黄土-古土壤序列的表生地球化学过程研究中指出,由于矿物在化学风化过程中的行为存在差异,Sr同位素比值的高与低能从一定程度上反映沉积物的风化强度,并据此可用于恢复东亚夏季风强度变化历史。但作为一种粉尘堆积,黄土物质在其源区即已经历过风化作用^[2],因此其Sr同位素比值应同时受控于源区和沉积区的风化作用;此外,同其他化学组成一样,我们有理由相信黄土颗粒的粗细变化也是其Sr同位素比值变化的主要控制因素。为了考察黄土硅酸盐矿物中。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的受控因素,本研究在中国黄土高原由南到北选取蓝田(109.32°E,     

大陆硅酸盐岩石风化过程中镁同位素地球化学研究进展

Mg同位素体系被证明在示踪硅酸盐矿物风化方面颇具优势.通过总结近年来大陆硅酸盐风化过程中Mg同位素地球化学的研究,归纳出以下认识:①化学风化方面,原生矿物溶解使得液相的Mg同位素组成变轻,而固相残留的Mg同位素组成变重;次生矿物中含有两种形态的Mg(交换态Mg和结构态Mg),二者δ26Mg不同,次生矿物形成过程中Mg同位素分馏方向与矿物种类、结构和形成机制等因素有关;黏土矿物吸附和解吸Mg2+引起Mg同位素分馏,但方向尚不确定;土壤可交换复合物倾向于优先吸附和解吸26Mg.②物理风化方面,水流、风等造成的矿物分选会引起风化产物Mg同位素组成发生变化.③植物—土壤体系Mg同位素的分馏很小.目前,大陆硅酸盐风化中一些重要过程的Mg同位素地球化学行为还存在争议,亟待通过室内试验、模拟计算,以及与其他同位素联用等途径完善理论基础,推动Mg同位素在示踪大陆风化中的广泛应用.     

硅酸盐化学风化强度评估的沉积物指标与方法研究进展*

风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、α^AlE等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。     

原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例

研究云母和长石等原生硅酸盐矿物的风化速率和风化产物对于深入理解土壤发生过程、营养元素循环以及全球气候变化具有重要的理论意义。本文从自然风化、人工化学风化和生物风化3方面总结了原生硅酸盐矿物风化作用及其产物的特点，重点阐述了微生物参与下的生物风化作用和生物矿化作用及其意义。野外观察和室内实验研究结果表明，微生物可以加速矿物的分解，而且其细胞表面及其产生的胞外多聚糖可以作为次生矿物成核的模板。     

CO2和温度对硅酸盐风化作用的影响：——对气候控制的可能影响

全球碳循环与气候模式中一个关键的不确定性因素就是：有机质活动、温度和大气ＣＯ２对硅酸盐风化作用的综合效应。本文首次指出辉石和钙长石的溶解速率表明，硅酸盐在富有机质溶液中的风化作用并不受土壤ＣＯ２的直接影响，但对温度却很敏感。很明显，ＣＯ２通过增加有机质的活度和产生腐蚀性有机酸而间接地加速了硅酸盐的风化。当将这种风化因素引入稳态碳循环和气候模式中的输出入时，就能加强硅酸盐风化而起到扮演全球恒温箱的作     

钾稳定同位素在水文地球化学领域的研究进展与展望

地表硅酸盐岩矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源,然而相比于水体中的钙、镁和钠,目前对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏,表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成,发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K,为识别地下水的钾来源提供了基础;通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐岩矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为,发现硅酸盐岩矿物溶解分馏有限,次生黏土矿物形成引起水体富集41K,表面吸附和离子交换使水体富集39K,不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础;列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂,可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理;由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同,可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化...     

粤北石灰岩化学风化过程中的Sr-Nd同位素

石灰岩化学风化显著控制着其所在流域盆地的河水Sr同位素组成,进而制约全球Sr循环。然而,石灰岩化学风化过程中Sr同位素组成的变化特征及其控制机制的研究报道依旧很少。本文通过报道粤北地区一个典型石灰岩风化剖面的Sr同位素组成变化特征,试图探讨石灰岩化学风化过程中Sr同位素变化的控制机制。结果显示:该剖面上,~(87)Sr/~(86)Sr比值介于0.70979~0.72216之间;自剖面底部到顶部,~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势;Nd同位素组成比较均一(εNd(t)=–15.0±0.5)。研究区的潜在源区(如大气降水、地表水),其~(87)Sr/~(86)Sr比值明显低于该剖面上部的最大值,加之,该剖面的风化产物与典型的中国黄土剖面具有截然不同的Sr-Nd同位素组成,暗示了这些潜在源区的输入不大可能造成该剖面上Sr同位素组成发生显著的变化。该剖面上~(87)Sr/~(86)Sr比值与Sr含量之间呈现显著的负相关性(r=–0.95),暗示粤北石灰岩化学风化过程中Sr同位素的演化受控于碳酸盐矿物与硅酸盐矿物在抗风化强度以及Sr同位素组成方面的显著差异:相对硅酸盐矿物,碳酸盐矿物(如方解石)抗风化强度较弱,于是随着风化作用的进行,原岩中具有较低~(87)Sr/~(86)Sr比值的方解石中的Sr大量迁出剖面,而具有较高~(87)Sr/~(86)Sr比值的硅酸盐矿物中的Sr残留在风化产物中,因此,随着风化强度的增加,风化产物中的~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势。     

锂同位素与大陆风化

气候变化与大气二氧化碳浓度息息相关.大陆岩石圈风化是影响大气二氧化碳浓度的重要过程.通过还原陆壳古风化信息,我们可以有效地了解地球气候条件的演化历史.传统方法上,前人曾使用锶同位素示踪大陆风化,但其解释尚有不足.例如,海水锶同位素比值会受到海洋热液的影响,而河流锶同位素比值则易受风化岩石类型的影响.此外,只有硅酸盐风化被认为在长时间尺度控制着大气碳汇,但锶的碳酸盐风化却与硅酸盐风化很难分辨.因此,我们需要一种更理想的同位素体系作为示踪大陆风化历史的介质.锂,作为微量元素,主要集中在岩石圈的硅酸盐矿物中,在碳酸盐岩含量较少.所以,硅酸盐风化可以使用锂同位素予以记录.同时,锂同位素受生物分馏效应影响较小,可以在海相碳酸盐岩中保存良好.这些优势为海相碳酸盐岩的锂同位素信号示踪大陆风化历史提供了有力支撑,但我们仍需对风化、迁移和结晶等过程的锂同位素地球化学行为有清晰的认识.为此,本文回顾不同储库的锂同位素组成以及各物相间锂元素配分和同位素分馏特征,总结了近年来锂同位素在重建大陆风化历史方面的进展,并详述了有待解决的关键问题.     

北江河水溶解无机碳同位素的季节变化

在有碳酸盐岩分布的河流流域, 河水地球化学主要反映的是风化速率较高的碳酸盐矿物风化的信息, 而硅酸盐矿物风化的信息往往被掩盖掉.北江流域碳酸盐岩和硅酸岩分布广泛, 为追踪其中的硅酸盐矿物风化的信息, 分析了北江河水中溶解无机碳同位素的时空变化.河水样品按4个季节自北江的上游到下游采集6个样点, 分析结果显示, 除上游武江的采样点同位素值季节变化不大外, 中下游采样点的同位素值有明显季节变化, 主要表现在6月份的δ13C_DIC显著变轻(-16‰~-19‰).在详细剖析矿物风化过程对碳同位素的影响后, 指出除了显著的碳酸盐矿物风化过程外, 北江流域在夏季还存在明显的硅酸盐矿物风化过程, 大大提高了流域的碳汇作用.      

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.     

白云岩风化过程中Mg同位素的分馏:对白云岩、地表水和地下水Mg同位素组成的影响

<正>目前,白云岩的Mg同位素有望成为一种有力的手段来示踪白云岩化和古环境及古气候。但是,白云岩在后期成岩及风化过程中极易发生改变,有可能伴随着Mg同位素的变化。Geske[1]和Fantle等[2]对白云岩成岩过程中Mg同位素的分馏做了研究,对于其在后期风化过程中Mg同位素的分馏至今还未有研究。据此,我们系统研究了一白云岩的风化剖面的Mg同位素和Sr同位素,希望通过研究了解白云岩风化过程中Mg同位素的分馏机制,以及量化风化作用对于白云岩Mg同位素的影响程度。根据δ26Mg和87Sr/86Sr     

新生代气候变化与陆地硅酸盐岩风化和海洋Sr同位素研究

新生代全球气候自始新世55Ma以来在逐渐变冷。陆地硅酸盐岩在造山带和高原地区通过加速化学风化，消耗了大气中的CO2温室气体造成了新生代气候变冷。目前关于陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素关系的研究，主要存在两种观点：一种认为海水Sr同位素变化可作为全球地表化学风化的替代性标志；另一种观点认为全球并不存在平均地表风化这种说法，海水Sr同位素在地质历史中的演化是主要与某种地质构造事件或岩石类型的风化有关。我国应当不失时机地加快对源于喜玛拉雅山地的恒河－布拉马普特拉河进行研究，以进一步揭示陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素变化的关系。     

西江流域化学风化过程及其CO2消耗通量

为深入评估中国南方陆地风化过程及河流物质循环过程, 通过测定西江主要干、支流丰水期及枯水期水体主要离子和锶及其同位素比值, 结合Galy模型对西江流域化学风化特征及CO2消耗通量进行计算。结果表明: (1)西江流域化学风化受人类活动的影响较小, 流域化学风化过程主要受到碳酸的控制。(2)河水阳离子的主要物质来源为硅酸盐岩和碳酸盐岩风化, 硅酸盐岩在丰水期和枯水期的阳离子物质来源摩尔占比均为0.04, 碳酸盐岩中石灰岩占比分别为0.79和0.78, 白云岩分别为0.17和0.18。(3)西江流域在丰水期和枯水期的化学风化过程具有一定的差异性, 由于硫酸参与白云岩的风化作用影响碳酸盐岩风化过程中的CO2消耗通量, 导致各个化学风化过程所涉及的CO2通量有所差别。(4)碳酸风化碳酸盐岩在丰水期和枯水期所消耗的CO2通量分别为(0.78~244.25)×106 mol/km2/yr和(0.10~49.16)×106 mol/km2/yr, 硫酸风化碳酸盐岩所产生的CO2通量分别为(0.25~42.16)×106 mol/km2/yr和(0.01~13.90)×106 mol/km2/yr, 碳酸风化硅酸盐岩所消耗CO2通量的分别为(0.05~17.83)×106 mol/km2/yr和(0.02~6.07)×106 mol/km2/yr。     

中国岩石风化作用所致的碳汇能力估算

岩石的风化作用同时参与了短时间尺度和长时间尺度的全球碳循环 ,对碳酸盐岩而言 ,它的风化作用在短时间尺度上对大气二氧化碳循环具有重要影响 ,但在长时间尺度上不产生净碳汇 ;而硅酸盐岩等其他类型岩石的风化过程由于反应速率较慢 ,在短时间尺度上对全球碳循环及其变化反应不灵敏 ,但它所产生的净碳汇是遗漏汇的组成之一 .为了准确估计我国岩石风化所致的碳汇能力 ,简要评价了现有的各种模型和方法 ,并基于GEM -CO2 模型进行了计算 .计算结果表明 ,我国岩石每年因溶蚀、风化作用共消耗的CO2 约为 4 .72× 10 7t,折合成C为 1.4 1× 10 7t,其中由碳酸盐类岩石风化消耗的碳量最多 ,约为 0 .74× 10 7t/a ,占总量的 5 2 .6 5 % .硅酸盐岩及其他类型岩石风化消耗的碳量约为 0 .6 7× 10 7t/a ,占总量的 4 7.35 % .岩石风化所致碳汇能力的空间分布首先取决于岩石类型 ,其次受地区的气候条件控制 .     

贵州高原地区典型风化剖面地球化学特征及其对比研究

选取了贵州高原喀斯特地区的典型硅酸盐风化剖面(毕节邓家湾剖面)和碳酸盐岩风化剖面(安顺平坝剖面)作为研究对象,以贵州地区的铝土矿剖面和中国黄土作为对比,对其元素分布特征及化学风化作用和强度与进行了研究。结果表明:SiO2、Fe2O3、Al2O3均为两个剖面含量最高的组分,但由于成土母质的化学组分不同,元素分布差异比较明显;同时由于经历的化学风化阶段并不相同,两个剖面的化学蚀变指数(CIA)值相差较大,邓家湾剖面经历了中等强度的风化作用,而平坝剖面的风化强度则十分强烈,CIA反映了土壤剖面的化学组成的差别,以及成土母质、风化成土过程和程度上的差异;虽然两个剖面稀土元素总量都较高,但配分模式存在着明显的差异,剖面的形成基本上是由于各自基岩的风化作用形成的,受中国黄土的影响并不明显。      

红河盆地的化学风化作用:主要和微量元素地球化学记录

河流沉积物的元素含量有助于反映其流域的自然风化过程。红河是世界上重要的河流之一,但其沉积物的地球化学研究却几乎没有。本文通过开展红河盆地干流和主要支流40个样品的主要和微量元素地球化学分析,发现红河流域硅酸盐岩的化学风化作用为中等强度,与长江及亚马逊河的风化强度相近,而高于黄河,低于珠江;且化学风化作用受该区域的气候和构造作用控制。     

大气CO2汇:硅酸盐风化还是碳酸盐风化的贡献?

至今人们仍普遍认为:是硅酸盐的化学风化碳汇作用在控制着长时间尺度的气候变化,而碳酸盐的化学风化作用不具有这一功能,因为碳酸盐溶解过程中消耗的所有CO<,2>又通过海洋中相对快速的碳酸盐沉积而返回大气.本研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学特性(比硅酸盐快100倍以上)以及硅酸盐流域中少量碳酸盐矿物在控制流域溶解无机碳(DI...     

烟曲霉对蛇纹石和橄榄石风化作用的试验研究

含镁硅酸盐矿物是重要自然资源,国内外大都采用传统的化学方法进行开发利用,而微生物法释放含镁硅酸盐矿物中镁和硅的研究还未见报道。试验采用摇瓶培养与对照结合的方法研究烟曲霉(Aspergillusfumigatus)对含镁硅酸盐矿物——蛇纹石和橄榄石的风化作用。试验采用ICP-OES测定第5、10、20、30 d培养液滤液中Mg2+和Si的含量,同时对相应试样的pH值和代谢产物进行分析测定,采用SEM和TEM观察作用后的微生物-矿物聚集体。结果表明,烟曲霉作用蛇纹石和橄榄石试样滤液中的Mg2+和Si含量变化不仅与烟曲霉生长状况有关,而且与矿物的晶体结构相关,蛇纹石较橄榄石更易被烟曲霉风化;另外烟曲霉在生长过程中产生的酸性代谢产物有助于对矿物的风化;SEM和TEM观察结果直观地显示出烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用痕迹。综合分析认为,烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用应该是酸溶作用、菌丝对矿物的穿插包裹和菌丝体对养分的吸收等方式协同作用的综合效果。研究结果为探讨真菌与矿物相互作用的过程与机理以及为微生物法开发蛇纹石和橄榄石矿产资源提供了基础资料。