气候因素控制下的花岗岩风化成土过程和风化壳物质迁移转化规律：Sr、Li、B和Si同位素示踪研究

大陆硅酸盐风化不仅消耗大气CO2，影响全球变化，而且形成土壤和释放养分维持生态系统的健康发育并为人类社会发展提供必须的物质基础。本项目将以我国主要气候带花岗岩风化壳为研究对象，通过风化壳物质的矿物学组成、化学组成（主量元素、微量元素）、同位素（Li、B、Si为主）组成以及土壤生物学特征分析，研究不同气候条件下的花岗岩化学风化程度和速率以及风化壳物质迁移转化规律。从理论上认识花岗岩风化成土过程的物理、化学和生物学特征及其对气候变化的响应规律，认识风化壳演化、物质迁移转化对大气圈、水圈和生物圈的影响与响应，为深化地表圈层相互作用、物质循环及其区域和全球变化效应研究理论做出贡献；同时，通过研究花岗岩风化的物理、化学和生物过程中的Li、B、Si同位素组成变化及其分馏机制，优化或提升地表风化、物质迁移转化的Li、B、Si等同位素地球化学研究理论，为地表过程及相关科学领域的研究提供更科学的研究手段。

大陆硅酸盐风化过程影响着全球变化，同时气候条件又是控制风化过程的关键因素。为了探明不同气候条件下花岗岩风化壳的形成过程以及影响因素，本项目以我国主要气候带的花岗岩风化壳为研究对象，共采集花岗岩风化壳剖面34个，超过1000个样品，原岩样品约100件，分析了风化壳物质的基本物理化学参数、矿物学组成、化学组成（主量元素和微量元素）、同位素组成（Li、10Be、B、Sr）。通过对这些数据的分析，总结了不同气候条件下花岗岩风化程度以及风化壳物质迁移转化规律，并得到以下几点认识：.（1）从北到南不同气候带风化壳：土壤平均pH值整体呈现降低的趋势；土壤阳离子交换量呈现升高的趋势。各剖面的平均 CIA 值逐渐增大；Al2O3含量在表层（＜20cm）逐渐升高，而深层土壤没有明显的规律；Fe2O3的含量（除海南剖面）没有发生明显变化。剖面顶部残积物的斜长石和钾长石的比率逐渐减小，到热带地区（海南剖面）几乎消失，相反粘土矿物的比例从低于5%逐渐增大，到热带地区达到20%左右。.（2）土壤表层B参与了生物循环；在风化壳上部，粘土矿物，Fe氧化物或有机酸吸附B，使B富集；在风化壳的下部矿物溶解B随液体淋失，导致B亏损。.（3）稀土元素的分布规律：各气候带的花岗岩风化壳的风化产物的稀土元素总量相对基岩都有不同程度的富集，且都表现出轻稀土(LREE)相对重稀土(HREE)富集以及一定程度的Eu负异常。.（4）通过分析风化壳剖面Sr同位素发现：随着斜长石的快速风化，残余矿物的87Sr/86Sr比值和Rb/Sr比值均快速升高；而当CIA=80左右时斜长石已基本完全风化，此时钾长石和黑云母等矿物的风化作用开始占主导地位，因此残余矿物的的87Sr/86Sr比值和Rb/Sr比值均明显降低。.（5）通过分析风化壳剖面Li同位素发现：风化壳剖面的锂同位素演化过程受原生矿物分解和次生矿物与流体间作用的分馏共同作用的，其中次生矿物与流体作用主导地位，而且与风化程度密切相关；另外，经初步分析我们认为花岗岩中Li的宿主矿物（黑云母和钾长石）对风化壳Li同位素组成由重要影响。.（6）通过对比各剖面样品中10Be发现：从北到南，花岗岩风化壳剥蚀速率呈略微增加趋势；个别剖面速率较高；在长时间尺度内(104106a)，温度和降雨量对花岗岩风化壳长期的剥蚀速率影响不明显；地形和构造可能是控制花岗岩风化壳剥蚀特征的主要因素。