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在超基性土壤中,铬(Cr)、镍(Ni)与稀土元素(REEs)的地球化学行为受关注较少。研究人员采集台湾东部 3 个蛇绿岩杂岩的土壤样本,发现不同杂岩土壤 Cr、Ni 和 REEs 特征不同,REEs 在成土过程中相对稳定且轻稀土富集。该研究有助于了解土壤形成及元素迁移。
在地球的土壤世界里,稀土元素(Rare Earth Elements,REEs)一直扮演着神秘的角色。它们不仅在工业领域有着广泛应用,在土壤形成和演化过程中也有着独特的 “故事”。过去,科学家们对不同母质来源土壤中 REEs 的研究较多,比如页岩、石灰岩、花岗岩和安山岩等形成的土壤,但对于超基性土壤,研究却相对匮乏。超基性土壤主要源自橄榄岩和辉石岩等超基性岩石经热液变质形成的蛇纹石矿物,这类土壤富含铬(Chromium,Cr)和镍(Nickel,Ni),其含量远超其他母质土壤。然而,超基性土壤中 Cr、Ni 与 REEs 之间的关系,以及它们在土壤形成过程中的地球化学行为,一直是未解之谜,这就像隐藏在土壤深处的宝藏等待挖掘。
为了揭开这些秘密,来自国内的研究人员踏上了探索之旅。他们聚焦于台湾东部的超基性土壤,选择了富里山、同安山和石头山这三个蛇绿岩杂岩区域开展研究。研究人员从 8 个土壤剖面(包括新成土 Entisols、始成土 Inceptisols 和淋溶土 Alfisols)中采集了 39 个土层样本。通过一系列分析,研究人员有了许多重要发现。
研究结果显示,不同蛇绿岩杂岩区域的土壤,其 Cr 和 Ni 含量以及 REEs 特征存在明显差异。在土壤形成过程中,尽管研究区域降雨量大,但 REEs 浓度却在增加的同时保持相对稳定,没有发生明显的迁移。在 REEs 组成方面,除了个别土壤剖面(如 TA1),大部分研究土壤都表现出轻稀土元素(Light REEs,LREEs)富集、重稀土元素(Heavy REEs,HREEs)亏损的特征。通过线性相关和主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)发现,REEs、Cr 和 Ni 经历了相似的地球化学过程。此外,Ce 异常(δCe)会随着 REEs、Cr 和 Ni 含量的增加而增加,这与次生铁氧化物的形成有关。利用 PCA 分析在∑REEs、Cr、Ni、∑LREEs/∑HREEs、(La/Sm)N、(La/Yb)N、(Gd/Yb)N和 δCe 等指标上的差异,能够区分不同蛇绿岩杂岩区域的土壤,有助于确定台湾这些土壤的来源。
这项研究成果意义重大。它为我们深入理解超基性土壤的形成和演化过程提供了关键线索,让我们对土壤中元素的地球化学行为有了更清晰的认识。同时,也为土壤来源的判断提供了新的方法和依据,有助于进一步探索土壤与地质环境之间的联系。该研究成果发表在《CATENA》杂志上。
在研究方法上,研究人员主要采用了样本采集和分析技术。他们在台湾东部三个蛇绿岩杂岩区域不同景观位置采集土壤样本,测定主要元素、Cr、Ni 和 REEs 的总浓度。随后运用线性相关和主成分分析(PCA)方法,评估 REEs 特征与土壤性质、Cr 和 Ni 之间的变化关系。
研究结论表明,研究中的土壤(包括新成土、始成土、暗色土和淋溶土)来自三个蛇绿岩杂岩区域,具有不同的 Cr、Ni 和 REEs 特征。REEs 在成土过程中相对稳定,且多数土壤呈现 LREEs 富集、HREEs 亏损的特点。相关分析揭示了 REEs、Cr 和 Ni 地球化学过程的相似性,PCA 分析可用于区分不同来源土壤。在讨论部分,研究人员指出,虽然该研究取得了重要进展,但未来还需要更多来自不同土壤气候区域的数据进行验证,以进一步完善对超基性土壤中元素行为的认识。总之,这项研究为土壤科学领域开辟了新的研究方向,为后续更深入的研究奠定了坚实基础。