CO₂是一种重要的温室气体，大气中CO₂含量的变化是地球气候变化的重要驱动力。硅酸岩可通过化学风化作用产生钙（Ca²⁺）和镁（Mg²⁺）离子，并与海洋中溶解的CO₂结合形成碳酸盐岩沉积在海底，这是调节地球大气CO₂含量和气候变化的最重要过程之一。同时作为硅酸岩和碳酸盐岩最主要的成分，Mg参与了从硅酸岩风化到碳酸盐岩形成的全过程。近二十年来，Mg同位素已被逐渐证实是一种指示化学风化的代用指标。深入阐明硅酸岩化学风化过程中Mg同位素的分馏机制，不仅有助于我们完善对“硅酸岩风化↔气候”这一反馈机制在地质历史时期的认识，亦有助于人们正确评估当今全球气候变暖的大背景下陆地风化的碳汇能力。

       近些年来，尽管科学家们在利用风化剖面的Mg同位素比值示踪硅酸岩化学风化过程方面取得一系列重要认识，但仍存在以下不足。第一，大多数研究聚焦在基性、超基性岩风化过程，而花岗岩作为地球上地壳最主要的组成部分，研究甚少；第二，几乎所有研究均关注单一剖面，而对于不同气候条件下形成的剖面，关注甚微。

       针对以上不足，中国科学院地球化学研究所刘承帅研究员与美国纽约城市大学王峥嵘教授和中国地质大学（北京）柯珊副教授合作，分别采集了温带和热带气候条件下形成的花岗岩风化剖面，通过测量全样和可交换态的Mg同位素组成，并结合矿物学和元素地球化学特征，获得如下认识。在温带地区，风化强度较低（CIA＜60），风化产物的δ²⁶Mg值略高于基岩（δ²⁶Mg_{产物-基岩}＜0.2‰；图1），这主要是由微量的次生粘土矿物形成导致。在热带地区，风化强度高（CIA＞88），风化产物的δ²⁶Mg值变化非常显著（-0.54 ~ +0.21‰；图1），且在-250 cm以下高于基岩，而在-250 cm以上低于基岩。

图1 温带和热带花岗岩风化剖面全样和可交换态的Mg同位素组成

       这主要与两个过程有关：1）次生伊利石矿物形成过程中重Mg同位素优先进入矿物晶格；2）具有轻Mg同位素比值的雨水或海洋气溶胶沉降于剖面，强烈改造了风化产物的Mg同位素比值。我们的研究结果主要强调了在极端化学风化环境下，由于降水强度大，强烈的淋滤作用会耗尽岩石原有的Mg，致使大气来源的Mg易改变风化产物的Mg同位素组成，该发现与已有的认知（硅酸岩风化产物富集重Mg同位素）有很大不同。

       相关研究结果以“Magnesium isotope variations in granite regoliths from two contrasting climates”为题发表在国际著名地学期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。中国科学院地球化学研究所高庭博士为文章第一作者，刘承帅研究员为通讯作者，参与者包括王峥嵘教授、尹润生研究员、赵志琦教授、柯珊副教授以及博士生齐猛和刘宇晖。

       文章链接：https://doi.org/10.1029/2023JF007217