河水鎂同位素（δ26Mg）被認(rèn)為是示蹤大陸碳酸鹽巖風(fēng)化的潛在指標(biāo)。然而，河水δ26Mg變化及其分餾作用的受控因素還存在許多爭(zhēng)議，需要更多野外觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證其示蹤碳酸鹽巖風(fēng)化的穩(wěn)健性和普遍性。鑒于高侵蝕風(fēng)化為特征的構(gòu)造活躍區(qū)是驗(yàn)證“構(gòu)造-風(fēng)化-氣候”假說(shuō)的天然實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)青藏高原東緣金沙江上游流域，開(kāi)展高分辨率（每周一次）河水樣品δ26Mg的季節(jié)性變化示蹤研究，發(fā)現(xiàn)河水δ26Mg對(duì)季風(fēng)氣候下不同水文過(guò)程具有敏感的響應(yīng)，進(jìn)而提出水文調(diào)控河水δ26Mg季節(jié)性變化的新觀點(diǎn)。

研究顯示，2021年石鼓水文站點(diǎn)控制的金沙江上游流域內(nèi)河水δ26Mg在–1.02‰至–0.83‰之間變化，其河水Mg2+由碳酸鹽巖風(fēng)化主導(dǎo)，其次為蒸發(fā)鹽巖溶解。然而，基于保守混合方程表明不同巖石端元的保守混合無(wú)法完全解釋河水δ26Mg的變化，其δ26Mg實(shí)測(cè)值相對(duì)于保守混合的理論值系統(tǒng)正偏，偏離的程度高達(dá)0.51‰。考慮到次生碳酸鹽沉淀時(shí)優(yōu)先利用輕的24Mg進(jìn)而導(dǎo)致河水δ26Mg的正偏（圖1），以及δ26Mg實(shí)測(cè)值偏離理論值的幅度與河水徑流量的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖2），研究團(tuán)隊(duì)提出了河水δ26Mg的變化主要受到與水文過(guò)程相關(guān)的次生碳酸鹽沉淀控制。具體機(jī)制而言，在季風(fēng)降雨的高徑流量期間，較短的水巖反應(yīng)時(shí)間減少了Mg同位素分餾，導(dǎo)致河水δ26Mg的低值；而在干旱和少雨的低徑流量期間，較長(zhǎng)的水巖反應(yīng)時(shí)間增加了Mg同位素分餾，導(dǎo)致河水δ26Mg的高值。這項(xiàng)研究為理解水文條件對(duì)河水δ26Mg變化提供了新見(jiàn)解。

上述研究成果近期發(fā)表在地球化學(xué)領(lǐng)域期刊《Chemical Geology》上。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所博士研究生李臣子為第一作者，金章東研究員為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合資助。

Li C Z, Jin Z D*, Gou L-F, Xu Y, Deng L. 2025. Hydrological regulation of seasonal Mg isotopic variation in the upper Jinsha River draining the eastern Tibetan Plateau. Chemical Geology, 684: 122773.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254125001639#ab0010

圖1 河水Ca/Mg與δ26Mg實(shí)測(cè)值的關(guān)系

圖2 δ26Mg實(shí)測(cè)值偏離理論值的幅度與河水徑流量的關(guān)系