近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所顏文研究員團(tuán)隊(duì)在海洋自生碳酸鹽巖沉淀機(jī)制方面取得重要新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用Li同位素等地球化學(xué)手段，首次在深部沉積物中捕捉到“有機(jī)質(zhì)硫酸鹽還原（OSR）-硅酸鹽風(fēng)化-碳酸鹽沉淀”三元耦合的直接證據(jù)，為理解埋藏沉積物中的物質(zhì)循環(huán)、深化海洋沉積物的碳埋藏理論框架提供了關(guān)鍵科學(xué)支撐，對(duì)完善海洋碳匯機(jī)制研究具有重要意義。研究成果近期以“Lithium isotopes trace silicate weathering-driven authigenic carbonate formation in marine sediments”為題在線發(fā)表在國(guó)際知名期刊Communications Earth & Environment上。助理研究員黃慧文為論文第一作者，上海海洋大學(xué)副教授宮尚桂和教授馮東為通訊作者，合作者還包括德國(guó)漢堡大學(xué)的教授J?rn Peckmann和美國(guó)萊斯大學(xué)的博士孫濤。

海洋自生碳酸鹽是地球表層系統(tǒng)重要的長(zhǎng)期碳匯，其埋藏量占現(xiàn)代海洋碳酸鹽埋藏總量的至少10%。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，海洋沉積物深部甲烷帶的產(chǎn)甲烷作用和有機(jī)質(zhì)的硫酸鹽還原作用會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，降低環(huán)境 pH 值，進(jìn)而抑制碳酸鹽礦物沉淀。然而，全球多處沉積物孔隙水剖面均記錄到了異常高的堿度，暗示存在大量碳酸鹽沉淀。學(xué)界推測(cè)，硅酸鹽風(fēng)化可能通過(guò)釋放Ca2?與堿度抵消酸化，并促進(jìn)碳酸鹽礦物沉淀，但一直缺乏深部環(huán)境的地質(zhì)記錄證據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)墨西哥灣不同沉積環(huán)境的自生碳酸鹽開(kāi)展了鋰同位素（δ⁷Li）分析。結(jié)果顯示，深部OSR相關(guān)碳酸鹽的δ⁷Li值（?6.6‰至?1.2‰）顯著低于淺層甲烷厭氧氧化成因碳酸鹽（δ⁷Li: +3.8‰至+11.7‰）（圖1）。這一獨(dú)特的負(fù)值特征是目前全球已知碳酸鹽礦物中最低值，同位素分餾計(jì)算得出的孔隙流體 δ⁷Li 值（?4.0‰至1.4‰）與巖石中硅酸鹽相的 δ⁷Li值（?5.1‰至?1.2‰）高度接近，表明該環(huán)境下硅酸鹽風(fēng)化接近 “全等風(fēng)化”—— 即原生硅酸鹽礦物溶解速率遠(yuǎn)高于次生硅酸鹽形成速率，釋放的鈣和堿度為碳酸鹽沉淀提供了關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)。這一研究證實(shí)了碳酸鹽巖鋰同位素作為追蹤碳-硅相互作用的有效指標(biāo)，也揭示了鹵水、有機(jī)質(zhì)礦化與硅酸鹽風(fēng)化三者在深部沉積環(huán)境中協(xié)同調(diào)控海洋碳匯的復(fù)雜過(guò)程（圖2）。

本研究從沉積記錄角度證實(shí)深部硅酸鹽風(fēng)化對(duì)海洋碳匯的正向貢獻(xiàn)，為預(yù)測(cè)全球變化背景下的海洋碳匯演化提供了重要支撐。

圖1?典型碳酸鹽巖Li同位素組成特征

圖2?深部有機(jī)質(zhì)礦化與硅酸鹽風(fēng)化耦合的自生碳酸鹽埋藏機(jī)制

本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所專項(xiàng)基金及廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的資助。

原文信息：Huang,H.,Gong,S.*,Peckmann,J.,Sun,T.,Xu,W.,Yan,W.,& Feng,D.*,2025. Lithium isotopes trace silicate weathering-driven authigenic carbonate formation in marine sediments. Communications Earth & Environment,6,4–11.

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02756-6.