穩定Nd同位素是近年來新興的非傳統穩定同位素體系，已經在高溫巖漿分異、早期地球演化和太陽系冷凝歷史等方面的研究中顯示出良好的應用潛力。然而，目前在低溫地球化學過程會造成多大程度的穩定Nd同位素分餾、什么因素控制著穩定Nd同位素分餾以及穩定Nd同位素分餾與傳統放射成因同位素143Nd/144Nd有什么關系等一系列問題的認知幾乎還處于空白。
針對這一科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學學科組白江昊博士生在韋剛健研究員、馬金龍正高級工程師、王志兵副研究員、張樂高級工程師和嚴爽副研究員等老師的指導下，與廣東省科學院生態環境與土壤研究所鐘松雄博士合作，選取了經歷強烈化學風化的海南新生代玄武巖風化剖面HK06開展系統的研究。該剖面的基礎數據非常齊全，具有詳細的礦物組成、主微量元素含量、以及Mg- Fe-Cu-Mo -Zn-Ti等穩定同位素組成的結果，是探索低溫化學風化過程中穩定Nd同位素分餾行為非常理想的研究對象。除開展全巖樣品的分析，本論文還對風化產物進行了化學分相提取，分別測定各相態的穩定Nd同位素組成，以便揭示不同賦存狀態Nd的穩定同位素組成特征。
圖1 HK06玄武巖風化剖面位置圖
結果表明，該風化剖面整體τ Th,Nd值的變化幅度為456 %，相應的δ 146/144Nd值變化幅度為0.21‰，說明化學風化過程中會發生明顯的Nd元素遷移并伴隨著顯著的穩定Nd同位素分餾。剖面3 m以下，τ Th,Nd值和全巖δ 146/144Nd值均相對于未風化的基巖偏高，這可能是由于三水鋁石優先吸附了重質量數同位素 146Nd或者鐵氧化物從富集重質量數 146Nd的相態中發生了吸附或者共沉淀作用，從而導致了穩定Nd同位素的分餾。相反，在剖面3 m以上，τ Th,Nd值和全巖δ 146/144Nd值均低于未風化的基巖，并向地表呈現逐漸減小的趨勢，這可能是由于高嶺石優先解吸了重質量數同位素 146Nd或者高嶺石形成過程中優先并入了輕質量數同位素 144Nd進入其晶格中所導致的。剖面上部偏低的τ Th,Nd值和δ 146/144Nd值，進一步表明大陸風化釋放的重質量數Nd同位素（ 146Nd）進入河流，然后被轉運進入海洋，最后沉淀在海洋沉積物的自生組分中。
圖2 玄武巖風化殘積土及其各相態穩定Nd同位素組成
圖3 次生礦物對穩定Nd同位素的影響
此外，本文對同一套樣品的穩定和放射成因Nd同位素組成的同時測試提供了絕佳的機會來評估穩定Nd同位素分餾與放射成因 143Nd/ 144Nd比值的關系。最終結果表明，放射成因 143Nd/ 144Nd比值是示蹤物質來源非常有效的指示劑，而穩定Nd同位素提供了在放射成因Nd同位素研究中被消除的地質過程信息。因此，后續的研究應該同時測試穩定Nd和放射成因同位素 143Nd/ 144Nd比值，從多維度來揭示物質來源和地質過程的信息，綜合限定自然界中叁釹同位素的行為，以完善Nd同位素體系并提高對全球稀土循環的認識。
圖 4 低溫過程中Nd同位素的傳輸模式圖
相關成果發表在地球科學領域頂級期刊《Earth and Planetary Science Letters》，該研究受到國家重點研發計劃項目（2022YFF0800501）、國家自然科學基金項目（41991325；42021002；42203005；42207052）、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目（2019B030302013）和廣州地化所所長基金（2021SZJJ-2）等聯合資助。
論文信息：Bai J.H.,(白江昊) Luo K.,(雒愷) Wu C.,(吳超) Wang, Z. B., (王志兵) Zhang L.,(張樂) Yan S.,(嚴爽) Zhong S.X., (鐘松雄) Ma J. L.,(馬金龍) Wei G.J.,* (韋剛健) 2023. Stable neodymium isotopic fractionation during chemical weathering[J]. Earth and Planetary Science Letters. 617, 118260.
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