碳酸鹽巖和硅酸鹽巖的風(fēng)化行為及其B同位素組成（δ11B）有著顯著差異，硼同位素（δ11B）作為示蹤大陸硅酸鹽巖風(fēng)化（SWR）的潛在指標(biāo)，其應(yīng)用長(zhǎng)期受限于分餾機(jī)制的復(fù)雜性。傳統(tǒng)理論認(rèn)為河水δ11B與SWR呈簡(jiǎn)單負(fù)相關(guān)，但不同氣候區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的矛盾導(dǎo)致該假說(shuō)存疑，需要更多數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證其示蹤硅酸鹽巖風(fēng)化的普遍性和穩(wěn)健性。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究團(tuán)隊(duì)對(duì)青藏高原東北部青海湖布哈河流域開(kāi)展了時(shí)間序列河水δ11B示蹤研究工作。布哈河流域因其顯著的年際氣候波動(dòng)、高侵蝕速率以及有限人類活動(dòng)干擾，成為驗(yàn)證硼同位素示蹤有效性的天然實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)流域內(nèi)化學(xué)風(fēng)化以動(dòng)力學(xué)限制為主。研究顯示，布哈河季節(jié)性河水B濃度（[B]）變化范圍為130.5 μg/L至209.8 μg/L，顯著高于世界河流平均值（10.2 μg/L），而δ11B值變化范圍為+6.1‰至+9.5‰，略低于世界河流平均值（+10.0‰），季節(jié)性變化明顯。基于正演模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，布哈河流域河水[B]由硅酸鹽巖風(fēng)化主導(dǎo)（平均貢獻(xiàn)85.6%），大氣輸入和蒸發(fā)鹽巖風(fēng)化貢獻(xiàn)有限，全年硼源穩(wěn)定，是B同位素可以作為硅酸鹽巖風(fēng)化速率的良好示蹤劑的有力證據(jù)。有意義的是，布哈河季節(jié)性河水的[B]與δ11B值呈現(xiàn)兩種不同的反比例關(guān)系（圖1）。雨季河水δ11B值總體偏低，徑流量激增導(dǎo)致水-巖作用時(shí)間縮短，次生黏土礦物形成受限，B同位素分餾未達(dá)到平衡，導(dǎo)致河水δ11B值保留硅酸鹽巖風(fēng)化的原始信息，是SWR的有效示蹤劑。而在旱季，半干旱區(qū)河水主要由地下水供給，河水δ11B值與pH顯示出良好的負(fù)相關(guān)性，反映地下水和旱季徑流的滯留時(shí)間較長(zhǎng)，滿足pH控制的條件，動(dòng)力學(xué)分餾達(dá)到平衡。

圖1. 布哈河季節(jié)性河水樣品B濃度與δ11B值關(guān)系圖

由此，該研究團(tuán)隊(duì)提出半干旱流域河水δ11B值，在雨季主要受控于水文條件和水-巖相互作用（圖2）；而旱季則由地下水輸入貢獻(xiàn)決定，并顯示出典型的pH依賴性。本研究首次明確區(qū)分了時(shí)間序列下水文條件與地下水化學(xué)過(guò)程對(duì)硼同位素分餾的差異化控制機(jī)制，為河水B同位素SWR示蹤提供了區(qū)域?qū)嵗托乱?jiàn)解。

圖2. 布哈河水δ11B與物理侵蝕速率(PER)和（b）硅酸鹽巖風(fēng)化速率（SWR）關(guān)系圖

上述研究成果近期以“青海湖流域河水硼同位素組成季節(jié)性變化及其控制因素”為題，以中英雙文發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)》上。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所和西安交通大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)研究生秦藝通為第一作者，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、陜西省自然科學(xué)基金和中央高校基本科研基金聯(lián)合資助。

秦藝通, 金章東, 賀茂勇, 茍龍飛, 肖軍. 2025. 青海湖流域河水硼同位素組成季節(jié)性變化及其控制因素. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 55, doi:10.1360/SSTe-2024-0195

https://www.sciengine.com/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2024-0195（中文）

Qin Y, Jin Z, He M, Gou L, Xiao J. 2025. Seasonal variation of boron isotopic compositions in river water within the Qinghai Lake watershed and its controlling factors. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-024-1481-9

https://www.sciengine.com/SCES/doi/10.1007/s11430-024-1481-9（英文）