菲律賓南部蘇里高地區(qū)紅土型風(fēng)化剖面Fe同位素研究.pdf

1、風(fēng)化作用是發(fā)生在近地表環(huán)境下，使巖石原有結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化轉(zhuǎn)變?yōu)樗樾碱w粒、可溶組分和不溶殘余相的一系列過(guò)程，其對(duì)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(lái)流體加入紅土風(fēng)化殼，F(xiàn)e可以被淋濾進(jìn)入到水圈中，進(jìn)而顯著改變著河流和海洋的化學(xué)組成和同位素組成。Fe又是生命活動(dòng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，如:植物會(huì)從風(fēng)化形成的土壤中吸收生命活動(dòng)所

2、需的Fe元素，而植物對(duì)于Fe的利用過(guò)程也會(huì)導(dǎo)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(zhì)循環(huán)、環(huán)境演化等過(guò)程中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(fēng)化殼又可以形成鎳礦等具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床，研究其主微量元素在剖面中的分布又對(duì)找礦具有極大的指導(dǎo)意義。
　　為了研究熱帶強(qiáng)風(fēng)化條件下的紅土形成過(guò)程和Fe的地球化學(xué)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(fēng)化剖面進(jìn)行研究。整個(gè)剖面高約7m，原巖為橄欖巖。由于所受風(fēng)化程度的變化，整個(gè)剖面由下到上可分為:最底部基本未受風(fēng)化的基巖、上部風(fēng)化逐漸增強(qiáng)的過(guò)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(fēng)化樣品，分別對(duì)樣品進(jìn)行了Fe同位素測(cè)試、主微量元素及X射線衍射(XRD)等實(shí)驗(yàn)分析。通過(guò)XRD實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jié)果表明，主量元素如:鈣、鈉、鉀、鎂

4、由于水溶性強(qiáng)，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(fēng)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(lái)校正體積變化帶來(lái)的影響，計(jì)算得出Fe的遷移率，τTi.Fe變化范圍很大且基本為負(fù)值（τTi，F(xiàn)e=～-50％-～-90％），說(shuō)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(duì)比的是，F(xiàn)e同位素

5、的測(cè)試結(jié)果則顯示，來(lái)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(nèi)基本一致(δ56Fe=-0.03‰-+0.10‰)。
　　從以上結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn):紅土在演化和形成過(guò)程中伴隨著明顯的Fe元素丟失，但與此形成對(duì)比的是剖面中Fe同位素不發(fā)生顯著的分餾。結(jié)合本文的觀測(cè)結(jié)果與前人對(duì)于熱帶強(qiáng)風(fēng)化條件樣品的Fe同位素研究結(jié)果進(jìn)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(diǎn)，導(dǎo)致紅土風(fēng)化殼在形成過(guò)程中Fe發(fā)生遷移前，存在一

6、個(gè)完全的、原位的氧化過(guò)程，這使得巖石風(fēng)化釋放的Fe在紅土中主要以三價(jià)鐵礦物存在。而考慮到三價(jià)鐵的溶解度有限，水的淋濾作用對(duì)其影響有限，并且生物作用產(chǎn)生的遷移會(huì)導(dǎo)致三價(jià)鐵被還原從而產(chǎn)生分餾，但Fe3+具有帶正電易與帶負(fù)電的粘土礦物結(jié)合形成膠體，進(jìn)而被淋濾遷移出剖面的特點(diǎn)。因此導(dǎo)致三價(jià)鐵在剖面中發(fā)生顯著遷移的最可能機(jī)制便是三價(jià)鐵以膠體形式遷移?？偨Y(jié)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(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的Fe同位素組成不產(chǎn)生顯著的影