新聞動(dòng)態(tài)王日晶、馬金龍等-GCA：pH控制玄武巖化學(xué)風(fēng)化過程中硼同位素分餾
?化學(xué)風(fēng)化作用是調(diào)控大陸硅酸鹽巖物質(zhì)遷移與表生元素循環(huán)的重要地質(zhì)過程，對(duì)全球碳循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)元素供給及海洋化學(xué)組成演化具有重要影響。硼（B）在低溫水–巖相互作用中具有較高的地球化學(xué)活性，硼同位素在不同化學(xué)形態(tài)和礦物表面反應(yīng)過程中可發(fā)生顯著分餾，因此被廣泛用于示蹤大陸化學(xué)風(fēng)化及元素遷移過程。然而，化學(xué)風(fēng)化過程中硼同位素分餾的控制機(jī)制仍存在爭(zhēng)議，這制約了我們對(duì)表生風(fēng)化體系中硼循環(huán)過程的認(rèn)識(shí)。
?針對(duì)這一科學(xué)問題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生王日晶與馬金龍正高級(jí)工程師、韋剛健研究員等合作，以海南澄邁玄武巖風(fēng)化剖面為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了不同風(fēng)化層位的礦物組成、主微量元素、pH及硼同位素組成（δ11B），揭示了玄武巖風(fēng)化過程中硼的遷移行為及其同位素分餾機(jī)制，闡明了pH變化與次生礦物演化對(duì)硼遷移及同位素分餾的控制作用。文章主要結(jié)論如下：
?（1）隨著風(fēng)化程度增強(qiáng)，玄武巖風(fēng)化剖面全巖硼含量持續(xù)降低，硼遷移率（τB,TiO2）由弱虧損向強(qiáng)烈淋失轉(zhuǎn)變，表明硼在風(fēng)化過程中具有較高的遷移活性。全巖δ11B值介于-3.60‰至+1.87‰之間，整體高于“母巖”（-3.13‰），并隨風(fēng)化增強(qiáng)呈系統(tǒng)性升高趨勢(shì)（圖1）。全巖δ11B值與τB,TiO2及化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）之間存在顯著相關(guān)性，表明硼同位素分餾與元素遷移及化學(xué)風(fēng)化過程密切耦合（圖2）。
?（2）礦物學(xué)結(jié)果表明，斜長(zhǎng)石風(fēng)化釋放的硼是風(fēng)化體系中硼的重要來源，但并不會(huì)引起明顯的硼同位素分餾。相比之下，次生黏土礦物的形成與轉(zhuǎn)化是控制硼同位素演化的關(guān)鍵。在風(fēng)化初期、中性pH條件下，蒙脫石形成過程優(yōu)先吸附輕硼同位素（10B）表現(xiàn)出相對(duì)富集特征，但整體同位素分餾較弱。隨著風(fēng)化作用的持續(xù)增強(qiáng)和pH的降低，蒙脫石逐步向高嶺石轉(zhuǎn)化，高嶺石逐漸成為風(fēng)化體系中硼的主要賦存載體，并主導(dǎo)風(fēng)化產(chǎn)物δ11B的演化（圖3）。
?（3）pH是調(diào)控硼同位素分餾機(jī)制轉(zhuǎn)變的核心因素。在弱酸性至中性條件下，高嶺石形成過程中優(yōu)先吸附輕硼同位素（10B）；而在更酸性的環(huán)境中（pH<6，高嶺石則更傾向于重硼同位素（11B），從而導(dǎo)致風(fēng)化產(chǎn)物δ11B值持續(xù)升高。該過程表明，pH變化通過影響礦物表面吸附選擇性，控制了風(fēng)化體系中硼同位素的演化（圖4）。
?本研究系統(tǒng)揭示了玄武巖化學(xué)風(fēng)化過程中硼同位素分餾的階段性特征及其 pH控制機(jī)制，明確了次生黏土礦物及其表面過程在硼同位素行為中的主導(dǎo)作用。研究結(jié)果表明，在熱帶酸性風(fēng)化環(huán)境下，硼同位素分餾并非簡(jiǎn)單反映風(fēng)化強(qiáng)度，而是受到礦物演化與溶液化學(xué)條件的共同控制。該成果不僅深化了對(duì)玄武巖風(fēng)化過程中硼遷移行為及其同位素分餾機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為利用硼同位素示蹤大陸化學(xué)風(fēng)化及表生硼循環(huán)提供了新的理論依據(jù)。
?王日晶為該論文第一作者，馬金龍正高級(jí)工程師為通訊作者，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所韋剛健研究員為主要合作者。相關(guān)成果近期發(fā)表于國(guó)際知名地學(xué)期刊?Geochimica et Cosmochimica Acta?。該項(xiàng)研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFF0800501）的資助。
?論文信息:Wang, R.-J.(王日晶), Ma, J.-L.(馬金龍), Mao, G.-P.(虎貴朋), Zhu, G.-H.(朱冠虹), Luo, K.(雒愷), Zeng, T.(曾提), Wei, G.-J.(韋剛健) (2026). pH controlling boron isotope fractionation during chemical weathering of basalt. Geochimica et Cosmochimica Acta, doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.003
?論文鏈接：https:// doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.003
圖1. 玄武巖風(fēng)化剖面中B含量、B遷移率（τB,TiO2）、δ11B值、pH及風(fēng)化蝕變指數(shù)（CIA）的變化特征。紅色五角星代表未風(fēng)化基巖。
圖2. 玄武巖風(fēng)化剖面全巖δ11B值與（a）B遷移率（τB,TiO2）以及（b）化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）的關(guān)系。紅色五角星代表未風(fēng)化基巖。
圖3.玄武巖風(fēng)化剖面中蒙脫石含量與（a）B遷移率（τB,TiO?）及（b）δ11B值的關(guān)系；δ11B 值與（c）高嶺石/蒙脫石比值、（d）高嶺石含量以及（e）pH 值的關(guān)系。
圖4. （a）水溶液中不同化學(xué)形態(tài)硼的相對(duì)比例隨pH變化的關(guān)系（據(jù)Hemming和Hanson, 1992修改）；（b）硼在礦物表面的吸附量隨pH變化的函數(shù)關(guān)系（據(jù)Goldberg et al., 1993修改）；（c）玄武巖風(fēng)化過程中pH對(duì)硼化學(xué)形態(tài)、高嶺石表面吸附及全巖δ11B演化的控制機(jī)制示意圖。
