铷(Rb)作为一个具有中度挥发性、流体活动性、在岩浆过程中呈强不相容性的碱金属元素,其同位素体系已经被应用到提高Rb-Sr定年精度、制约太阳系内部行星演化过程等方面。然而,受化学纯化方法和分析精度的制约,前人认为地球上的Rb同位素基本不存在分馏,目前还没有针对表生地质过程中的Rb同位素分馏的报道。然而,Rb作为一个高质量数元素,源区同位素组成变化小,在研究全球尺度的硅酸盐岩风化方面有其独特的优势,理解Rb在表生地球化学过程中是否存在分馏,及相应的分馏机制可能对示踪大陆硅酸盐风化具有重要的指示意义。
为厘清Rb同位素在地壳岩石风化过程中的分馏机制,中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组的张卓盈博士和马金龙高级工程师等人选取中国南部广东省清远市佛冈县长约40 m的花岗岩风化剖面为研究对象,调查了全岩样品的Rb元素迁移率变化和同位素组成,并对全岩中的不同单矿物、剖面附近的溪流水样的Rb同位素组成进行了测定。结果显示,佛冈花岗岩风化剖面全岩Rb同位素组成差异显著,δ87Rb值从新鲜母岩的-0.30‰变化到风化产物的0.04‰。本研究首次发现在表生地球化学过程中Rb同位素存在明显的分馏,完善了我们对地球上Rb同位素行为的认识;并指出花岗岩化学风化过程中粘土矿物的吸附解吸附过程是驱动Rb同位素发生分馏的主要因素,为利用δ87Rb示踪大陆风化提供理论依据。
该研究成果近期发表于国际地球化学权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。该项研究获得了国家自然科学基金(41991325,41573003,42021002)、广东省基础与应用基础研究基金重大项目(2019B030302013)、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0308)和中国科学院广州地球化学研究所项目(GIGCAS135项目135PY201605)等联合资助。
论文的实验数据在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心元素与同位素分析平台完成测试。
论文信息:Zhang, Zhuoying; Ma, Jinlong*; Wang, Zhibing; Zhang, Le; He Xinyue; Zhu, Guanhong; Zeng, Ti, Wei, Gangjian. 2021. Rubidium isotope fractionation during chemical weathering of granite. Geochimica et Cosmochimica Acta.
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703721004762