研究生知识库

大陆硅酸盐矿物的风化过程中消耗大气和土壤中的CO2，并释放植物所需的K、Si等营养元素维持生态系统运行，从而在较长时间尺度上影响着全球气候系统的演化。硼（B）及其同位素展现的物理化学性质，使其具有示踪硅酸岩风化作用和物质迁移转化过程的潜力。以我国东部四个风化程度显著不同的花岗岩风化剖面作为研究对象，包括土壤、基岩、上覆植物和花岗岩中主要造岩矿物。针对原生矿物风化和次生矿物吸附等过程的分析，初步获得了硼同位素分馏的主要控制因素，并得出不同气候条件下，硼同位素在剖面中分布的一般特征。不同气候带风化程度不同，NMG-3斜长石）和黑云母>石英；黑云母δ11B最高，而钾长石、斜长石的δ11B相对较低，B含量与δ11B整体上没有明显的相关关系。黑云母风化可能有较为明显的分馏，但是钾长石和斜长石风化没有明显的分馏。当剖面中黑云母完全风化，则有可能导致风化产物相对富集10B，而长石的大量风化则会导致相对富集11B。富含10B外源主要是大气干沉降，可能的来源有黄土或其它硅酸盐碎屑，或当地灰尘，而富含11B的来源主要是大气降水，植物枯枝落叶分解（?11Blitterfall-root= +15‰）和穿冠水，以及海洋气溶胶。NMG-3-1风化剖面整体上相对于基岩富集10B。NMG-3-1剖面处于早期风化阶段，在风化层主要是黑云母风化和Fe氧化物吸附共同作用的结果。中部的过程应该是斜长石的差异风化造成的，B含量减少而δ11B增大。表层的10B来源可能来自黄土。而表层富10B的主要载体可能是粘土矿物和铁氧化物。QHD剖面B含量变化显著。风化壳δ11B范围从-10.64~ -7.34‰，平均-7.91‰。QHD 剖面的B含量和同位素组成可能更多反映的是地质历史的变化，而非后期原位风化的结果。JLN-S1剖面δ11B值在剖面变化较小，范围在-9.3~-7.6‰，平均值为-8.3‰。基岩（JLN-R3）δ11B值为-8.41‰。大部分风化壳的δ11B相对于基岩轻微富集11B，而在剖面底部则富集10B。江西JLN剖面可以划分三个简单的阶段，在底部剖面δ11B的变化应该是黑云母风化过程和风化产物吸附主导，而斜长石风化过程造成的分馏不显著。中部是斜长石差异风化和部分细颗粒物质迁移使δ11B逐渐增大。表层粘土矿物和铁氧化物吸附植物分解后富集11B的外源，使表层δ11B值逐渐增大。HN-2剖面整体上相对于基岩富集10B。底部δ11B随深度减小而降低，但是B含量逐渐增大，表现出典型的次生矿物吸附过程。上部应该主要是次生矿物解吸附或者分解为主，同时释放10B。外源输入应该是来自海洋的降水或者气溶胶。风化剖面底部的过程主要是原生矿物风化和次生矿物形成，B同位素分馏与风化程度和矿物本身同位素值有关。花岗岩风化壳的风化的原生矿物主要是黑云母和斜长石，而且黑云母风化后的Fe氧化物可能比粘土矿物吸附贡献更大。当花岗岩中主要造岩矿物之间的δ11B值差异较明显时，斜长石风化可能产生非一致风化，使风化剖面相对富集11B。土壤层主要是次生矿物吸附或解吸附，取决于风化程度。由于外源普遍存在，次生矿物吸附也会产生不同的δ11B变化趋势。因此表层的δ11B变化受风化程度影响不明显。不同的气候条件可以影响植物分解、降水、次生矿物形成和原生矿物分解，最后表现出相似的变化趋势，但是具体过程可能并不一致。在干冷气候条件下，如果大气干沉降显著，则表层硼含量增大，而且δ11B会随深度减小而减小。而剖面风化程度较弱时，则整个剖面的δ11B都会表现出随深度减小而减小。在湿热条件下，根据风化程度的不同，原生矿物风化和次生矿物形成造成δ11B分馏可能不受pH影响，而主要取决于次生矿物的含量。而外源输入的B通量大小和δ11B大小可能影响表层δ11B的变化而不受次生矿物类型影响。