花岗岩风化剖面中黑云母风化过程的镁同位素分馏路径解析

本研究首次揭示花岗岩风化过程中黑云母氧化的两种路径——铁氧化驱动的氧化黑云母（δ26Mg富集达+0.4‰）与层间蚀变形成的水黑云母（保持原生δ26Mg），通过高精度Mg同位素分析（分馏因子1.0024±0.0012）证实硅酸盐风化初期扩散主导的分馏机制，为全球生物地球化学循环（Biogeochemical Cycle）和古气候重建提供关键同位素示踪依据。

　　

Highlight

镁同位素作为化学风化过程的新型示踪剂，揭示了黑云母风化初期存在截然不同的分馏路径：当铁氧化作用发生时，八面体²⁴Mg的扩散流失导致氧化黑云母显著富集²⁶Mg（δ²⁶Mg最高+0.4‰）；而通过规则层间蚀变形成的水黑云母（1:1黑云母-蛭石混层）则完整继承了原生黑云母的镁同位素特征。

Results

从四个花岗岩风化剖面采集的黑云母样品显示：Al₂O₃含量（12.52-20.53%）与MgO（7.19-11.88%）呈深度相关变化。XRD分析表明，氧化黑云母具有典型的宽缓10-?衍射峰，而水黑云母则保持完整的层状结构。值得注意的是，次生矿物（如蛭石和高岭石）的生成对镁同位素分馏影响可忽略。

Discussion

铁氧化过程导致八面体²⁴Mg优先扩散流失，其分馏因子（1.0024±0.0012）与实验室测定的Mg扩散分馏数据高度吻合。这暗示在自然风化系统中，地质时间尺度下的扩散分馏可能比溶解-再沉淀等过程更具主导性。水黑云母的稳定同位素特征则表明层间蚀变本质上是等化学过程。

Conclusions

本研究首次证实：黑云母风化初期，氧化黑云母通过铁氧化作用释放轻镁同位素（δ²⁴Mg），而水黑云母则保持原生同位素特征。这一发现为理解硅酸盐风化对全球镁循环的调控机制提供了新的同位素视角，特别是揭示了扩散分馏在地质时间尺度上的关键作用。