福戈火山（亚速尔群岛）矿物水的水文地球化学特征及其对火山热液系统的指示意义

推荐：研究人员针对亚速尔群岛福戈火山矿物水化学组成复杂多变的问题，开展了季节性采样与水文地球化学分析。研究发现热液与冷泉水的pH、温度及HCO3 ? 含量差异显著，揭示了火山输入与岩石风化作用的双重影响，并通过87 Sr/86 Sr同位素和稀土元素(REE)证实了季节性水文动态差异。该研究为理解火山岛地下水系统演化提供了关键数据模型。

　　

火山活动不仅塑造了地球表面形态，其热液系统更如同隐藏的"化学实验室"，持续释放着成分复杂的流体。亚速尔群岛作为北大西洋的火山热点，其矿物水化学特征长期是研究者破解火山-水文耦合机制的密码。然而，这些流体如何受控于岩浆活动、岩石风化及季节性降水，仍是未解之谜。葡萄牙亚速尔大学的研究团队选择福戈火山北坡的10处泉点，通过冬夏两季采样，结合ICP-MS、TIMS等技术，首次系统揭示了该区域矿物水的多尺度调控机制，成果发表于《Journal of Volcanology and Geothermal Research》。

研究采用现场测量（温度、pH、电导率）与实验室分析相结合的策略。离子色谱(IC)测定Cl^?
、SO₄
^2?
等阴离子，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析主微量元素，热电离质谱(TIMS)获取⁸⁷
Sr/⁸⁶
Sr比值。特别关注了稀土元素配分模式与锶同位素的季节性波动。

【水文地球化学特征】
温度与pH呈显著负相关(R²
=0.81)，热泉水温最高达58.4°C且pH低至2.4，证实酸性火山流体输入。电导率与HCO₃
^?
的正相关(R²
=0.81)反映硅酸盐岩风化主导阳离子来源。Scholler图显示Fumarola泉点夏季SO₄
^2?
含量激增（67.5→93.2 mg/L），暗示旱季火山气体渗透增强。

【微量元素行为】
铁浓度呈现极端差异（13.3→19,739 μg/L），铝则受pH控制明显。硼含量冬季偏高（最高32.8 μg/L），揭示海盐气溶胶通过降水输入的路径。稀土元素配分显示Eu异常季节性反转：Lombadas泉冬季Eu正异常与雨水特征匹配，夏季消失则指示岩石风化占比增加。

【锶同位素证据】
⁸⁷
Sr/⁸⁶
Sr比值(0.7056-0.7092)涵盖当地岩石变化范围。Magar?a泉比值夏季升高(0.7071→0.7075)，结合REE数据证实斜长石与辉石差异溶解的"矿物记忆"效应。

【水文地质模型】
研究构建了双含水层系统：Caldeiras da Ribeira Grande深部热储（-620m以浅）受蒸汽帽调控，产生酸性硫酸盐型泉水；Lombadas浅层含水层（40m以浅）则以高CO₂
(1028 mg/L)和岩溶元素富集为特征。新发现的Lombadas温泉暗示可能存在连通深部的导水构造。

该研究创新性地将季节性动态与矿物溶解机制关联，揭示火山岛地下水系统存在"水文-地球化学指纹"的时空分异。锶同位素与REE的组合应用为识别岩浆流体贡献提供了新思路，其建立的模型对全球类似火山岛的地热资源评估与灾害预警具有范式意义。特别是发现Eu异常可作为降水补给示踪剂，为干旱区火山岛水资源管理开辟了新的技术路径。