近日，中国科学院南海海洋研究所颜文研究员团队在海洋自生碳酸盐岩沉淀机制方面取得重要新进展。研究团队应用Li同位素等地球化学手段，首次在深部沉积物中捕捉到“有机质硫酸盐还原（OSR）-硅酸盐风化-碳酸盐沉淀”三元耦合的直接证据，为理解埋藏沉积物中的物质循环、深化海洋沉积物的碳埋藏理论框架提供了关键科学支撑，对完善海洋碳汇机制研究具有重要意义。研究成果近期以“Lithium isotopes trace silicate weathering-driven authigenic carbonate formation in marine sediments”为题在线发表在国际知名期刊Communications Earth & Environment上。助理研究员黄慧文为论文第一作者，上海海洋大学副教授宫尚桂和教授冯东为通讯作者，合作者还包括德国汉堡大学的教授Jörn Peckmann和美国莱斯大学的博士孙涛。
海洋自生碳酸盐是地球表层系统重要的长期碳汇，其埋藏量占现代海洋碳酸盐埋藏总量的至少10%。传统观点认为，海洋沉积物深部甲烷带的产甲烷作用和有机质的硫酸盐还原作用会产生酸性物质，降低环境 pH 值，进而抑制碳酸盐矿物沉淀。然而，全球多处沉积物孔隙水剖面均记录到了异常高的碱度，暗示存在大量碳酸盐沉淀。学界推测，硅酸盐风化可能通过释放Ca²⁺与碱度抵消酸化，并促进碳酸盐矿物沉淀，但一直缺乏深部环境的地质记录证据。
研究团队对墨西哥湾不同沉积环境的自生碳酸盐开展了锂同位素（δ7Li）分析。结果显示，深部OSR相关碳酸盐的δ7Li值（−6.6‰至−1.2‰）显著低于浅层甲烷厌氧氧化成因碳酸盐（δ7Li: +3.8‰至+11.7‰）（图1）。这一独特的负值特征是目前全球已知碳酸盐矿物中最低值，同位素分馏计算得出的孔隙流体 δ7Li 值（−4.0‰至1.4‰）与岩石中硅酸盐相的 δ7Li值（−5.1‰至−1.2‰）高度接近，表明该环境下硅酸盐风化接近 “全等风化”—— 即原生硅酸盐矿物溶解速率远高于次生硅酸盐形成速率，释放的钙和碱度为碳酸盐沉淀提供了关键物质基础。这一研究证实了碳酸盐岩锂同位素作为追踪碳-硅相互作用的有效指标，也揭示了卤水、有机质矿化与硅酸盐风化三者在深部沉积环境中协同调控海洋碳汇的复杂过程（图2）。
本研究从沉积记录角度证实深部硅酸盐风化对海洋碳汇的正向贡献，为预测全球变化背景下的海洋碳汇演化提供了重要支撑。
图1 典型碳酸盐岩Li同位素组成特征
图2 深部有机质矿化与硅酸盐风化耦合的自生碳酸盐埋藏机制
本研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院南海海洋研究所专项基金及广东省基础与应用基础研究基金的资助。
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.
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02756-6.
附件下载：