青藏高原东北部黄河上游次生碳酸盐形成的钙同位素证据及其对碳循环的调控机制

本研究针对陆地环境中化学风化与次生碳酸盐形成对钙循环的影响机制不明的问题，通过分析青藏高原东北部黄河上游水体的δ44/40Ca值，结合蒙特卡洛模拟和瑞利分馏模型，揭示了次生碳酸盐形成是调控河流δ44/40Ca值的关键过程，其分馏因子为0.9997，并量化了湖泊与土壤中次生碳酸盐对碳循环的贡献，为理解陆地碳汇机制提供了新视角。

　　

钙是地球表层循环的关键元素，其同位素分馏行为对理解碳循环具有重要指示意义。尽管前人已认识到化学风化和次生矿物形成（如碳酸盐）会影响钙循环，但陆地环境中这些过程的具体机制仍不明确。尤其在青藏高原这类敏感区域，次生碳酸盐的形成如何调控河流钙同位素组成及其对碳循环的贡献，一直是学界争议的焦点。黄河上游作为典型的高寒流域，其独特的水文地质条件为破解这一难题提供了天然实验室。

中国科学院的研究团队在《Global and Planetary Change》发表论文，通过系统采集黄河上游水体样品，结合元素浓度、Ca同位素（δ^44/40Ca）分析和蒙特卡洛模拟，首次量化了次生碳酸盐形成对河流钙同位素分馏的贡献。研究采用逆模型解析溶解钙来源，利用瑞利分馏模型计算同位素分馏因子，并通过Sr/Ca、Mg/Ca比值关联验证次生碳酸盐的主导作用。

研究结果

1. 溶解钙来源解析：逆模型显示，雨水、蒸发岩、碳酸盐和硅酸盐风化贡献的钙比例呈线性关系，但δ^44/40Ca值与来源无关，暗示非保守混合过程。
2. 次生碳酸盐的调控作用：Sr/Ca、Mg/Ca与δ^44/40Ca的强正相关（如湖泊水体δ^44/40Ca高达1.49–1.76‰）表明次生碳酸盐优先富集轻钙同位素，分馏因子为0.9997。
3. 空间分异机制：湖泊中次生碳酸盐形成主导同位素重化，而土壤基质内碳酸盐包膜（受降雨-蒸发驱动）贡献约0.3‰的河流δ^44/40Ca变异。

结论与意义
该研究证实次生碳酸盐形成是河流钙同位素失衡的主因，揭示了其通过影响湖泊CO₂逸出和土壤无机碳库对碳循环的调控作用。这一发现为高寒流域碳汇评估提供了同位素示踪新工具，并对全球变化背景下陆地碳循环模型的完善具有重要启示。