近期，国际知名地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》以“Lithium isotope fractionation during submarine hydrothermal alteration processes”为题发表我室博士后蔡迪最新研究成果，揭示海底热液蚀变过程中的锂同位素分馏行为。
河水和海底热液是海洋锂的两大主要输入来源，控制着海水的锂同位素组成与演化。然而，与河流过程相比，锂同位素在热液蚀变过程中的分馏行为研究较少。目前对洋底热液锂同位素组成的变化规律与控制因素并不清楚。基于此，该研究首次报道了冲绳海槽中部IODP 331航次两个钻孔的热液蚀变沉积物的锂同位素组成，并推测了海底热液锂同位素演变特征。与背景沉积物相比，冲绳海槽热液蚀变样品的锂同位素偏负，表明次生矿物的形成优先吸收轻的锂同位素。此外，由于蚀变温度随深度的增加，分馏系数降低，两个钻孔沉积物的锂同位素分馏程度随深度变小。根据蚀变沉积物的锂同位素值，可以估计蚀变温度，其结果与传统的氧同位素地质温度计估算结果较为一致。
图1 研究区位置图以及根据锂、氧同位素指标估算的热液蚀变温度
全球热液的锂同位素组成比较均一，经计算为5.9±3.0 ‰。为解释这种均一性，我们基于溶解-沉淀模型建立了热液与蚀变矿物锂同位素组成的相关关系。该模型定量描述了热液流体锂含量对其锂同位素组成的控制作用：热液中高浓度的锂必然是大量原生矿物溶解导致，因此流体的锂同位素值接近原生矿物的锂同位素值；低温条件下则不同，原生矿物的溶解更少而次生矿物的形成相对显著，导致锂同位素的分馏结果更不均一。
图2 全球海洋热液锂同位素组成及其控制因素的模拟研究
我们认为，地质历史时期海底热液输入的锂同位素值可能较为稳定，但海底热液通量的变化可能导致海水锂同位素值的变化。有研究表明，热液向海洋输入锂的通量自150 Ma以来减少了约7倍，同时也导致了海水锂含量的显著降低。因此，我们推测，新生代以来海洋锂同位素值升高可能主要由热液输入通量降低导致，而非大陆风化与海洋反风化作用的变化。
文章第一作者和通讯作者为我室博士后蔡迪，合作者包括实验室杨守业教授，极地所邵和宾副研究员，长安大学苟龙飞副教授和中科院地环所金章东研究员。该研究得到国家自然科学基金委重点项目资助（42230410）。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001182