大陆硅酸盐风化作为大气CO2重要的汇,在地质时间尺度上影响着全球气候系统的演化。大陆风化产物通过河流被源源不断运输到海洋中,也不断改变着海洋的物质组成,通过研究大陆硅酸盐风化的特征有助于认识全球的气候变化和物质循环。河流体系作为大陆风化产物的重要运输通道,承载着有关大陆风化特征的重要信息,因此是研究风化作用的重要场所。近30年来不断发展的非传统稳定同位素为研究流域风化作用提供了新方法,其中锂(Li)同位素体系因6Li和7Li相对质量差大,主要赋存在硅酸盐以及不受生物和氧化还原作用的影响等优势,具有示踪硅酸盐风化的巨大潜力。 本研究选取位于青藏高原的雅鲁藏布江为研究对象,系统采集了干流和支流的水样、悬浮物以及流域内的热泉样品,同时建立了一套高效、准确的Li同位素纯化处理和分析方法,获得了样品的Li同位素组成。通过Li同位素手段,对河水中Li的来源、分馏特征以及影响因素进行了分析,同时结合前人关于流域下游的研究结果,对比了山地风化和平原演化过程中的Li同位素分馏特征,为全面认识流域风化提供了新思路。 通过以上的研究工作获得以下认识和结论: (1)雅鲁藏布江河水具有异常高的Li含量和异常轻的Li同位素组成,平均值分别为7.69μmol/L和+6.47‰。悬浮物Li含量显著高于地壳平均值,Li同位素组成显著低于地壳平均值,平均值分别为86.77μg/g和-4.53‰。高Li含量的雅鲁藏布江向海洋输送的Li通量约占世界主要河流Li通量的12%,是海洋中Li的重要来源。 (2)西藏地区热泉出露多,热泉平均Li含量和δ7Li值分别为1439.49μmol/L和+0.26‰。热泉高Li含量和低δ7Li值的特征解释了河水的Li含量和Li同位素组成的异常现象。 (3)正演法计算出河流的上游和中游河水中溶解态Li平均超过50%来源于热泉,其次为硅酸盐风化输入,大气和其它来源的贡献可忽略不计。基于仅有热泉输入和硅酸盐风化两种主要来源,运用二元混合模型显示出热泉输入对雅鲁藏布江河水中溶解态Li的贡献集中在60%~80%,体现了热泉对河水的Li含量和Li同位素组成的重要影响。 (4)悬浮物浓度(SPM)和溶解态的Li含量(Lidiss)共同影响着Li同位素的分馏,悬浮物浓度和Lidiss均较低时,表现为风化过程的强烈分馏,悬浮物的Li同位素值(δ7Li SPM)轻微降低,但溶解态的Li同位素值(δ7Li diss)升高显著,当两者均较高或Lidiss较高时,表现为次生矿强烈的表面吸附作用,δ7Li SPM值降低,δ7Li diss值几乎不受影响。 (5)直接接受风化剥蚀作用的山地和承接风化产物的干流和下游平原在控制河水中的Li同位素分馏扮演着不同的角色。山地强烈的风化剥蚀作用并不能直接促进河水的Li同位素组成变重,其主要功能为干流和下游平原提供了更多的物质,而干流和下游平原在接收这些物质后,可进一步发生化学风化作用,形成次生矿物,进而促进δ7Lidiss升高,也决定着最终汇入海洋的Li同位素特征值。