基于地球化学模拟的定量风化评估：以阿根廷东潘帕斯山脉为例揭示半干旱花岗岩流域CO2 封存机制

本研究针对半干旱花岗岩流域"风化受限"侵蚀机制下的化学风化定量评估难题，通过地球化学代用指标（CIA）和逆向建模技术，揭示了斜长石/云母非一致水解主导的风化反应（贡献>30%质量转移），发现高氟黑云母溶解（~2%）控制河流氟分布，证实早期风化阶段仍具显著CO2 消耗能力（占相转移35%），为全球中纬度花岗岩流域风化-碳循环建模提供关键参数。

　　

在阿根廷北部广袤的东潘帕斯山脉，绵延的Sierra de Velasco花岗岩体正经历着自然界的"慢动作分解秀"。这片海拔高、降水少的半干旱区域，岩石风化过程被贴上了"weathering-limited"（风化受限）的标签——物理侵蚀总比化学分解快半拍，导致地表难以形成成熟土壤。这种特殊环境使得传统风化评估方法失灵，而全球约25%的硅酸盐岩区面临类似困境。更棘手的是，当地河流中异常升高的氟离子（F^-
）已造成居民氟牙症健康威胁，但控制其空间分布的化学机制始终成谜。

由阿根廷国家科学技术研究委员会（CONICET）领衔的研究团队，在《Journal of South American Earth Sciences》发表突破性成果。他们创新性地将固体岩石化学蚀变指数（Chemical Index of Alteration, CIA）与河流溶质逆向建模相结合，首次定量解析了这个"风化受限"系统的元素迁移密码。研究采集了8条河流30个位点的水化学数据，通过PHREEQC软件逆向重建风化反应路径，结合X射线衍射和电子探针分析确定矿物相变特征。

【Study area】
研究聚焦Sierra de Velasco东坡28°40’-29°00’S区域，该处出露两类特征花岗岩：富含氟的A型La Costa岩体（LCP）和S型Alto de la Alumbrera岩体（AO）。航拍显示这些N-S走向的岩块被新生代逆断层切割，形成典型的"岛山"地貌。

【Chemical database】
2018-2019年干湿季采样显示，河水主要离子排序为HCO₃
^-

Na⁺
Ca²⁺
SO₄
^2-
Cl^-
，硅酸盐风化贡献占比超70%。特别在LCP流域，F^-
浓度高达1.8 mg/L，与Uran等（2023）报告的氟中毒高风险区高度吻合。

【Surface weathering of exposed rocks】
CIA值53-60揭示地表风化处于初级阶段。电子探针显示黑云母含氟量达2.1wt%，其层间钾流失导致三八面体结构向蛭石转化，成为氟释放的"定时炸弹"。逆向建模证实，斜长石（An₂₅
）和黑云母的非一致水解贡献了32.7%的总质量转移，每千克岩石风化消耗1.2mmol CO₂
(g)。

【Discussion】
质量平衡计算显示，高岭石和伊利石是主要次生矿物，而氟的迁移轨迹独具特色：约89%溶解氟源自黑云母（贡献2.1%质量转移），剩余11%来自氟磷灰石和萤石。令人惊讶的是，这个看似"风化迟钝"的系统，CO₂
消耗量竟占相转移总量的35%，颠覆了早期风化阶段碳汇能力弱的传统认知。

【Conclusions】
该研究开创性地证明：1）在风化受限区，逆向建模可有效量化元素通量；2）含氟黑云母是控制区域水化学和健康风险的关键相；3）中纬度花岗岩区早期风化仍具显著碳封存潜力。这些发现为全球硅酸盐风化模型提供了关键参数，尤其对理解干旱区"隐藏的"碳汇过程具有启示意义。正如研究者Pasquini强调的："岩石的化学分解故事，有时候比我们想象的更精彩——即便在最严苛的环境里，大自然仍在悄悄进行着它的碳账本记录。"