菲律賓南部蘇里高地區(qū)紅土型風化剖面Fe同位素研究.pdf

1、風化作用是發(fā)生在近地表環(huán)境下，使巖石原有結構和組成發(fā)生變化轉變?yōu)樗樾碱w粒、可溶組分和不溶殘余相的一系列過程，其對于連接地球表生系統(tǒng)各圈層—巖石圈、水圈、生物圈具有重要意義。紅土以其富Fe所具有的紅色為特征，覆蓋了陸地面積的近三分之一，占總土壤的85％。而隨著雨水等外來流體加入紅土風化殼，F(xiàn)e可以被淋濾進入到水圈中，進而顯著改變著河流和海洋的化學組成和同位素組成。Fe又是生命活動所必需的營養(yǎng)元素，如:植物會從風化形成的土壤中吸收生命活動所

2、需的Fe元素，而植物對于Fe的利用過程也會導致Fe同位素發(fā)生分餾。由于Fe同位素在示蹤地球表面的物質循環(huán)、環(huán)境演化等過程中的獨特優(yōu)勢，使其成為探索地球表生環(huán)境中Fe元素循環(huán)的重要的研究手段。另一方面，紅土風化殼又可以形成鎳礦等具有重要的經(jīng)濟價值的礦床，研究其主微量元素在剖面中的分布又對找礦具有極大的指導意義。
　　為了研究熱帶強風化條件下的紅土形成過程和Fe的地球化學循環(huán)，本文選取菲律賓南部蘇里高地區(qū)，一處發(fā)育在熱帶雨林氣候條件下

3、的典型紅土風化剖面進行研究。整個剖面高約7m，原巖為橄欖巖。由于所受風化程度的變化，整個剖面由下到上可分為:最底部基本未受風化的基巖、上部風化逐漸增強的過渡層、紅土層、礫石層和最頂部的表土層。本研究系統(tǒng)采集了不同深度的風化樣品，分別對樣品進行了Fe同位素測試、主微量元素及X射線衍射(XRD)等實驗分析。通過XRD實驗對剖面中礦物的分析顯示，剖面中主要含鐵礦物為含F(xiàn)e3+的赤鐵礦和針鐵礦。主微量元素分析結果表明，主量元素如:鈣、鈉、鉀、鎂

4、由于水溶性強，在剖面中明顯虧損。而主要的成礦微量元素如Ni、Cr，分別在半風化層上部和紅土層底部先后富集。Fe在紅土層顯著富集。為了衡量剖面中Fe元素的遷移情況，我們選取Ti作為不遷移元素來校正體積變化帶來的影響，計算得出Fe的遷移率，τTi.Fe變化范圍很大且基本為負值（τTi，F(xiàn)e=～-50％-～-90％），說明Fe在剖面中存在顯著的遷移。而與鐵含量（Fe2O3=32.1-73.3wt％）和鐵遷移率的變化范圍形成對比的是，F(xiàn)e同位素

5、的測試結果則顯示，來自于不同層位樣品的Fe同位素組成整體變化不大，在誤差范圍內基本一致(δ56Fe=-0.03‰-+0.10‰)。
　　從以上結果，我們可以發(fā)現(xiàn):紅土在演化和形成過程中伴隨著明顯的Fe元素丟失，但與此形成對比的是剖面中Fe同位素不發(fā)生顯著的分餾。結合本文的觀測結果與前人對于熱帶強風化條件樣品的Fe同位素研究結果進行分析得出，由于熱帶環(huán)境下高氧逸度、干濕交替頻繁的特點，導致紅土風化殼在形成過程中Fe發(fā)生遷移前，存在一

6、個完全的、原位的氧化過程，這使得巖石風化釋放的Fe在紅土中主要以三價鐵礦物存在。而考慮到三價鐵的溶解度有限，水的淋濾作用對其影響有限，并且生物作用產(chǎn)生的遷移會導致三價鐵被還原從而產(chǎn)生分餾，但Fe3+具有帶正電易與帶負電的粘土礦物結合形成膠體，進而被淋濾遷移出剖面的特點。因此導致三價鐵在剖面中發(fā)生顯著遷移的最可能機制便是三價鐵以膠體形式遷移?？偨Y以上可以得出，在紅土形成和演化的歷史中發(fā)生的鐵遷移，對于生態(tài)系統(tǒng)的Fe同位素組成不產(chǎn)生顯著的影