碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化行为及其Mg同位素组成（ ²⁶Mg）有着显著差异，其中碳酸盐岩的快速溶解动力学会向水体中产生继承性的 ²⁶Mg。研究表明河流 ²⁶Mg与碳酸盐岩风化强度（CWI）呈负相关，因此河水 ²⁶Mg是示踪大陆碳酸盐岩风化的潜在指标。然而，河水 ²⁶Mg变化及其分馏作用的受控因素还存在许多争议，需要更多野外观测证据来验证其示踪碳酸盐岩风化的普遍性和稳健性。

　　鉴于构造活跃区高侵蚀风化特征及其验证“构造-风化-气候”著名假说的核心地位，中国科学院地球环境研究所金章东研究团队联合长安大学、法国研究人员，对构造活跃区青藏高原东南三江流域（金沙江、澜沧江、怒江）开展系统的空间河水Mg同位素研究工作。三江地区以高山峡谷、地形陡峭、岩石破碎严重和极高侵蚀为主要特征，化学风化以动力学限制型为主。研究显示，三江流域内河水 ²⁶Mg值在–1.39‰至–0.50‰之间变化，其河水Mg²⁺由碳酸盐岩风化主导，其次为蒸发盐岩溶解。随后，该研究团队利用保守混合方程，表明三江流域河水 ²⁶Mg变化不是岩石风化端元的保守混合的结果，其 ²⁶Mg实测值系统偏离了保守混合的 ²⁶Mg理论值，偏离的程度高达0.79‰。考虑到极高侵蚀导致的高泥沙负荷和河流悬浮物（SPM）较高的阳离子交换能力，以及 ²⁶Mg实测值偏离理论值的幅度与SPM浓度的正相关关系，研究团队首次提出极高侵蚀流域河水 ²⁶Mg的变化主要受河流搬运过程中的Mg²⁺-Na⁺交换控制。进一步地，该研究团队基于瑞利分馏模型计算得出三江流域内至少有6–33%（最高58–73%）的初始Mg²⁺通过阳离子交换被移除，表现为可交换态Mg/Na与河水 ²⁶Mg呈正相关（图1），表明²⁴Mg在Mg²⁺-Na⁺交换过程中优先保留在了交换池中。

　　图1 三江流域河水 ²⁶Mg值与可交换态Mg/Na的关系

　　进一步地，该研究团队发现，包括三江流域在内的全球大河河流 ²⁶Mg值与CWI的负相关关系可以解释为由阳离子交换驱动的Mg同位素分馏（²⁴Mg亏损储库，高侵蚀速率的风化动力学限制型）与碳酸盐岩快速溶解（²⁴Mg富集储库，低侵蚀速率的供应限制型）之间的竞争关系（图2）。该机制有助于更好地认识全球Mg收支。

　　图2 河流 ²⁶Mg变化机制示意图

　　上述研究成果近期以“Cation exchange controls riverine magnesium isotopes in extremely-high-erosion catchments”为题，发表在地球科学领域Nature Index期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。中国科学院地球环境研究所徐阳博士为第一作者，金章东研究员为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金和科技部第二次青藏高原综合科学考察联合资助。

　　Xu, Y., Jin, Z. D.*, Gou, L-F., Bouchez, J., Jin, C., Li, C., Liu-Lu, B. and Deng, L. 2023. Cation exchange controls riverine magnesium isotopes in extremely-high-erosion catchments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 363: 1–14.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703723005458