大陆上地壳钕同位素组成时空演化：来自古冰川沉积与现代海洋沉积物的证据

《Geochemistry》：Stable neodymium isotopic composition of the upper continental crust through time from ancient glacial diamictites and Holocene marine sediments

本研究通过分析24个古冰川沉积物和6个全新世海洋沉积物的稳定Nd同位素（δ146/144Nd），揭示大陆上地壳（UCC）自中太古代以来保持均匀的Nd同位素组成（均值-0.027?±?0.066?‰），其微幅波动与化学风化强度（CIA指数）呈负相关。该发现为理解地球表层-深部物质循环及关键金属迁移提供了同位素约束。

　　

Highlight

尽管古代冰川沉积物和海洋沉积物的稳定Nd同位素组成在统计学上无显著差异（图4），但过去约29亿年的δ^146/144Nd值记录了超出分析精度（0.04?‰）的微幅波动。这种变异性表明钕元素存在有限但可解析的元素分配和同位素分馏，值得深入探讨。

冰川沉积物和海洋沉积物中δ^146/144Nd变化的机制

先前研究提出，大陆风化过程中的同位素分馏（如Mg、Si同位素）可能受控于原生矿物溶解与次生矿物形成的耦合效应。本研究观察到δ^146/144Nd与化学蚀变指数（CIA）呈负相关，暗示化学风化可能导致轻Nd同位素在次生黏土矿物中富集。此外，海洋环境中的反向风化作用（reverse-weathering）可能通过自生黏土矿物形成进一步影响Nd同位素组成，但需要更多实验数据验证。

结论

对约29亿年至3亿年前的古代冰川沉积物及全新世海洋沉积物的稳定Nd同位素分析表明，地球大陆上地壳（UCC）自中太古代以来整体保持均匀的δ^146/144Nd特征。然而，单个样品间存在可解析的差异（δ^146/144Nd值范围-0.077?±?0.045?‰至0.027?±?0.037?‰），这种差异可能由沉积期后海洋自生黏土矿物的反向风化作用引起。