花岗岩化学风化过程中Mo同位素分馏机制研究

Constraints the Mo isotope composition budget from continental input into ocean is currently a gap in our understanding of the Mo isotope system, which have been widely used for paleo-redox reconstruction of marine conditions throughout Earth's history. The weathering derived Mo isotope fractionation is a major factor which influence that budget, however, the mechanism of Mo isotope fractionation in chemical weathering process is still not clear, especially the impact of the transformation of primary minerals into secondary minerals on isotope fractionation. Granite, an important parts of the continental crust and its minerals present different activity during chemical weathering process, is ideal object for providing more plentiful and comprehensive of fractionation characteristics and contributing to the comprehensive understanding of Mo isotope fractionation mechanism during chemical weathering. This project aims to investigate Mo isotopic characteristics in bulk sample and minerals (primary and clay minerals) in granite weathering profile from Southern China and figure out the controlling mechanism of Mo isotope fractionation in chemical weathering process, which may provide more comprehensive understanding of Mo isotope cycle in earth surface process.

限定陆壳向海洋输出Mo同位素通量是准确利用Mo同位素反演全球海洋缺氧和大气氧化演变历史的关键，而陆壳化学风化过程中Mo同位素分馏则是影响这一通量变化的最主要因素。然而目前对陆壳化学风化过程中Mo同位素分馏的认识仍然比较欠缺，尤其是风化过程中原生矿物转换为次生矿物导致的Mo同位素分馏机制的了解很有限。花岗岩是陆壳最重要的组成部分之一，其在化学风化过程中不同矿物的活动性有比较明显差异，有可能展示更丰富更全面的分馏特征，有助于全面了解化学风化过程中的Mo同位素分馏机制。本项目拟选择华南代表性花岗岩风化剖面开展综合研究，通过分析剖面中经受不同程度风化的造岩矿物、次生矿物以及全岩的Mo同位素组成变化，结合矿物变化和主微量元素的变化特征，探讨化学风化过程中Mo同位素的分馏特征与控制机制，从而为更全面了解表生过程中Mo同位素体系提供重要资料。

限定陆源输入到海洋中Mo同位素组成通量是运用Mo同位素反演历史时期全球海洋和大气缺氧历史重要的前提。厘清Mo同位素在地壳岩石风化过程中分馏机制和探寻风化产物中偏轻的δ98Mo的主要宿主是限定河流输入到海洋中Mo同位素通量的主要途径。然而，目前关于Mo同位素在岩石化学风化过程中的具体分馏机制仍然不清楚，同时，风化产物中偏轻的δ98Mo的主要宿主仍未找到。因此，解决以上两个科学问题对于限定陆源输入到海洋的Mo同位素组成通量和完善Mo同位素指示功能具有重要的意义。项目调查了中国华南地区花岗岩风化剖面（长约40米）全岩、不同化学提取相态、粘土矿物组分以及剖面周边河流的δ98Mo组成特征。全岩结果显示，从风化剖面底部到顶部，Mo的迁移率（τ MoTiO2）从59.1%逐渐降低到 –77.0%，而δ98Mo组成从–1.46‰逐渐升高到–0.17‰。研究表明，风化剖面中δ98Mo组成的这种变化特征主要受吸附和解吸附过程控制，在这个过程中偏轻的δ98Mo优先被吸附和释放。依据化学提取实验进一步得出，Fe氧化物是风化产物中Mo的主要吸附体或宿主，其占据总Mo比例为41.5%–86.2%，同时，Fe氧化物相态δ98Mo组成（–1.57‰ - –0.59‰）偏轻于相应的全岩。因此，研究认为Fe氧化物吸附和解吸附过程控制着风化剖面中δ98/95Mo组成的变化特征。最后，通过对比风化剖面和河流δ98Mo组成特征相对于母岩的分馏程度，发现二者互补性明显，进一步说明了岩石化学风化控制着河流Mo同位素组成特征。该研究首次提出Fe氧化物控制着化学风化过程中Mo同位素的分馏，其对深入了解化学风化过程中Mo同位素分馏机制和地表过程Mo同位素平衡问题具有重要的意义。