中科院广州地化所：联合Ce-Nd稳定同位素可作为定量表征地表环境氧化还原状态的新指标
时间:2024-03-14
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来源:中国稀土协会
稀土元素稳定同位素是新的非传统稳定同位素体系，有望为探索天体形成、岩浆演化、稀土成矿、大陆风化和海洋循环等过程稀土循环提供新的证据。特别是Ce具有+3和+4两种价态，在氧化过程中表现出与其他稀土元素如Nd明显的差异，但在非氧化过程中Ce与Nd元素具有相似的地球化学行为。因此，理论上Ce和Nd稳定同位素的联合应用能够量化地表的氧化还原状态特别是为氧化过程提供新的证据。然而，这一假定是否实际可行有待证实，而通过对同一地质过程中Ce-Nd稳定同位素分馏行为进行同步监测可准确回答这一问题，不过到目前为止尚没有相关的研究报道。
针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组白江昊博士后在韦刚健研究员、马金龙正高级工程师、王志兵副研究员和张乐高级工程师等老师的指导下，并与广东省科学院生态环境与土壤研究所钟松雄博士后合作，依托其前期建立的高精度Ce稳定同位素分析技术，对经历氧化风化作用并具有很好的稳定Nd同位素研究基础的海南新生代玄武岩风化剖面HK06开展了系统的研究。
倾向于富集较重的同位素142Ce（基于质量相关分馏）和/或继承自流体相中的重同位素142Ce（基于核体积效应）。为了区分这两种分馏效应，未来研究应当同时精确测量样品中的136Ce/140Ce和142Ce/140Ce比值。此外，研究发现Mn氧化物相中的Mn浓度与τTh，Ce和δ142/140Ce值均呈现正相关，而与Ce异常无关，表明Mn氧化物中的δ142/140Ce值相比Ce/Ce*更可靠地量化表征地表的氧化状态。在非氧化过程中，作者讨论了外部输入、pH值、有机物络合、Fe氧化物吸附/共沉淀以及粘土矿物形成等作用方式对稳定Ce同位素分馏行为的影响。在0.5 mol L-1 HCl交换相和残余相中，δ142/140Ce值与δ146/144Nd都呈正相关，表明在非氧化过程中稳定Ce和Nd同位素表现相似。基于此，作者提出联合Ce-Nd稳定同位素（δ142Ce-δ146Nd）可以作为量化地表亚氧到强氧化状态的新工具。这一指标未来在准确解读地球氧化历史的研究中，可望发挥非常重要的贡献。</p>
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