华南典型砖红壤风化剖面Si和U同位素组成及其分馏机制研究
批准号:
42103051
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
明国栋
依托单位:
学科分类:
表层地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
明国栋
中文摘要
砖红壤的风化和成土过程是元素表生地球化学循环的关键环节之一。针对砖红壤中硅(Si)和铀(U)同位素的垂向组成和分馏机理尚不清楚的问题,本项目以湛江玄武质砖红壤剖面为研究对象,综合采用全剖面全岩同位素组成测定、原生矿物溶解实验、土壤分相提取实验,以及质量平衡模型计算的方法,将主量元素Si和氧化还原敏感性元素U耦合起来,研究砖红壤Si和U同位素组成垂向分布特征,分析同位素分馏机理,确定玄武岩强风化过程对水圈元素和同位素组成的净输出。项目预期将建立高精度U稳定同位素测试方法,阐明砖红壤风化剖面Si和U的同位素组成和分馏机制,实现对玄武岩强风化过程中元素迁移和同位素组成净输出的定量估算。项目研究成果对理解Si和U的表生地球化学循环具有重要意义,也为国内今后开展U稳定同位素研究带来便利。
英文摘要
The weathering and pedogenic processes of latosol is one of the key components of element biogeochemical cycle in Earth surface. Currently the vertical compositions and fractionation mechanisms of Silicon (Si) and Uranium (U) isotopes in latosol profile are poorly understand. In view of this, this project takes basaltic latosol profile in Zhanjiang city as research object, and comprehensively determine the Si and U isotope signatures of bulk soil, dissolved primary minerals and sequential extracted fractions of this profile. In this project, major element Si and redox sensitive element U are coupled to study vertical distribution characteristics and fractionation mechanisms of Si and U isotopes in latosol profile. Mass balance model calculation will be adopted to estimate the net elements and isotopes exportation to Hydrosphere during intense weathering of basalt. This project is expected to establish a high precision U stable isotope measurement method, and clarify the isotopic compositions and fractionation mechanisms of Si and U in latosol profile. It will also quantitatively estimate the net element migration and isotopic output during intense weathering of basalt. Research results of this project are of great significance for understanding the biogeochemical cycle of Si and U in Earth surface, and make it more convenient for future research on U stable isotope in China.
玄武岩的化学风化对于地球的宜居性演化和元素循环至关重要,玄武岩强风化剖面中Si和U同位素组成的垂向分布特征能够为玄武岩风化过程中Si和U的元素、同位素地球化学行为以及风化输出通量提供制约。基于此,本项目首先在国内首次建立起高精度U稳定同位素(δ238U)的测量方法,分析精度达到国际一流水平(±0.06‰)。其次,本项目测量了湛江强风化玄武岩中U和Si的同位素组成,结果表明强风化玄武岩的δ238U与基岩样品的δ238U一致,平均值为-0.30±0.06‰,表明大陆的氧化风化过程并未导致显著的U稳定同位素分馏,这一发现为古海洋氧逸度重建工作提供了重要的参考数据。湛江砖红壤风化剖面中相比未风化的母岩具有更轻的Si同位素组成,风化壳和母岩之间的30Si同位素分馏值为-2.16至-0.34‰,导致分馏最主要的原因可能是在风化过程中原生矿物溶解,粘土矿物的吸附,铁锰氧化物的淀积,以及粉尘输入的影响。.本研究还进一步测量了湛江玄武岩风化剖面中U系不平衡核素(238U-234U-232Th -230Th)和Nd同位素组成,结合其他元素和同位素地球化学指标,对剖面中来自玄武岩母岩、亚洲粉尘和风化溶解吸附过程的U和Si的贡献占比进行了溯源,并基于此对强风化玄武岩的元素输出通量进行了制约。结果表明剖面445厘米、370厘米和330厘米深度的风化层风化速率分别为约10米/百万年、约5.5米/百万年和约3米/百万年。随着深度的增加,风化速率下降,说明了随着风化剖面的增厚,可供风化的物质供给减少。基于土壤化学计算的二氧化碳消耗通量(即元素输出通量,小于193×103摩尔/平方公里/年)指示雷州半岛的玄武岩风化层发育可能贡献化学侵蚀总量的不到25%,这表明存在重要的隐匿侵蚀过程。未来在评估流域尺度的侵蚀通量时,应独立估计地下水和陡峭地形中其他潜在的风化来源,以便获得更完整的侵蚀通量信息。
基于原子阱痕量分析的41Ca核素产率模型和暴露测年研究
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批准号:42373053
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2023
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负责人:明国栋
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依托单位:
国内基金
海外基金