热带海南岛地表和地下化学风化:对全球碳循环及海水Sr同位素演化研究的启示

摘要

热带地区火山岛/岛弧的化学风化对全球碳循环和海水的Sr同位素演化均有着重要的作用。文章对中国热带海南岛的玄武岩、花岗岩小流域和大河流域进行了河水、地下水、雨水以及基岩和沉积物的综合研究,分析了水样和固体样品的元素含量和Sr同位素比值。结果显示,河床沉积物的化学蚀变指数(CIA)与^(87)Sr/^(86)Sr之间存在着一定的变化关系,而这主要归因于沉积物的阶段性差异风化:风化早期阶段以黑云母占主导,^(87)Sr/^(86)Sr较高。此后斜长石开始风化,^(87)Sr/^(86)Sr逐渐下降。在风化程度中等阶段,斜长石大量分解后,各种富钾矿物风化加剧,^(87)Sr/^(86)Sr值升至最高点。在高风化程度阶段,随着富钾矿物逐渐减少,稳定的风化残余物质占据主导,^(87)Sr/^(86)Sr值逐渐下降。与年轻的活火山岛——加勒比海小安的列斯群岛和印度洋的留尼汪岛相比(其地下化学风化速率2~5倍于地表风化速率),由于相对较低的降水量和老死火山低的孔隙度,海南岛地下水的流量和固溶物总量(TDS)要低的多,导致海南岛的地下化学风化速率低于地表风化速率,仅与高纬的俄罗斯堪察加活火山岛相近,为小安的列斯群岛和留尼汪岛的约6%~25%,属于全球地下风化贡献最低的区域之一。海南岛玄武岩区的地表化学风化和CO_(2)消耗速率高于法国中央高原和西伯利亚,略低于夏威夷和德干,而显著小于东南亚的爪哇岛和吕宋岛。在温度相近的条件下,径流量对化学风化速率有着非常明显的控制作用。由于较低的年径流量,热带区域的海南岛,其对大气CO_(2)的消耗能力只是处于一个全球平均的范围内。