中国科学院利用锂同位素示踪黄土后生过程和地下水影响

中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室的何茂宇副研究员、董吉宝研究员、刘旭旭博士等，利用渭南黄土剖面酸溶解相的锂同位素组成，揭示了黄土后生风化成壤过程中锂同位素的分馏机制，并首次发现黄土酸溶解相锂同位素组成可以指示地下水的影响。

黄土酸溶解相锂同位素组成（δ⁷Li_弱酸淋滤）主要受控于黄土后生风化成壤过程中锂的“淋滤-迁移-再吸附”过程。在黄土剖面中，δ⁷Li_弱酸淋滤值的变化与黄土的成壤强度密切相关。在成壤较强的层位，δ⁷Li_弱酸淋滤值较低，而在成壤较弱的层位，δ⁷Li_弱酸淋滤值较高。同时，酸溶解相锂含量（[Li]_弱酸淋滤）的变化与δ⁷Li_弱酸淋滤的变化趋势相反，即δ⁷Li_弱酸淋滤值较低时，[Li]_弱酸淋滤值较高，反之亦然。这种变化特征反映了黄土后生风化成壤过程中锂的迁移和分馏过程。

1. δ⁷Li_弱酸淋滤和[Li]_弱酸淋滤的值，指示了季风强度不同（图1）。

图1. 末次间冰期以来渭南和洛川黄土酸溶解相Li含量和同位素变化特征

1. [Li]_弱酸淋滤和δ⁷Li_弱酸淋滤的变化不仅可以指示黄土的后生风化成壤过程中“淋滤-迁移-再吸附”等过程，更清楚地反映了地下水的长期影响。因钙结核层致密结构，地下水活动被阻隔，δ⁷Li_弱酸淋滤与地下水达到平衡，此时锂同位素主要反映地下水长期作用过程，而非表生风化过程。（图2）。

图2.  渭南黄土酸溶解相锂同位素组成对地下水影响的响应示意图

本研究依托新组建的黄土科学全国重点实验室创新平台，将非传统稳定同位素示踪技术引入第四纪黄土沉积体系研究，成功实现了该技术在地表物质循环与古气候反演研究中的方法学突破。这一技术路径的创新性应用，有望提升黄土序列中古环境信息的解析精度。

该研究成果近期在线发表于国际期刊《Global and Planetary Change》上。得到中国科学院西部之光交叉团队项目、国家自然科学基金委和陕西省黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站共同资助。

文章详见：

He M Y*,Dong J B,Liu X X,et al. Lithium isotope fractionation in Weinan loess and implications for pedogenic processes and groundwater impact. Global and Planetary Change,2025,252,104865.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104865.