碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化行为及其B同位素组成（δ¹¹B）有着显著差异，硼同位素（δ¹¹B）作为示踪大陆硅酸盐岩风化（SWR）的潜在指标，其应用长期受限于分馏机制的复杂性。传统理论认为河水δ¹¹B与SWR呈简单负相关，但不同气候区实测数据的矛盾导致该假说存疑，需要更多数据来验证其示踪硅酸盐岩风化的普遍性和稳健性。

中国科学院地球环境研究所金章东研究团队对青藏高原东北部青海湖布哈河流域开展了时间序列河水δ¹¹B示踪研究工作。布哈河流域因其显著的年际气候波动、高侵蚀速率以及有限人类活动干扰，成为验证硼同位素示踪有效性的天然实验室，同时流域内化学风化以动力学限制为主。研究显示，布哈河季节性河水B浓度（[B]）变化范围为130.5 μg/L至209.8 μg/L，显著高于世界河流平均值（10.2 μg/L），而δ¹¹B值变化范围为+6.1‰至+9.5‰，略低于世界河流平均值（+10.0‰），季节性变化明显。基于正演模型计算发现，布哈河流域河水[B]由硅酸盐岩风化主导（平均贡献85.6%），大气输入和蒸发盐岩风化贡献有限，全年硼源稳定，是B同位素可以作为硅酸盐岩风化速率的良好示踪剂的有力证据。有意义的是，布哈河季节性河水的[B]与δ¹¹B值呈现两种不同的反比例关系（图1）。雨季河水δ¹¹B值总体偏低，径流量激增导致水-岩作用时间缩短，次生黏土矿物形成受限，B同位素分馏未达到平衡，导致河水δ¹¹B值保留硅酸盐岩风化的原始信息，是SWR的有效示踪剂。而在旱季，半干旱区河水主要由地下水供给，河水δ¹¹B值与pH显示出良好的负相关性，反映地下水和旱季径流的滞留时间较长，满足pH控制的条件，动力学分馏达到平衡。

图1. 布哈河季节性河水样品B浓度与δ¹¹B值关系图

由此，该研究团队提出半干旱流域河水δ¹¹B值，在雨季主要受控于水文条件和水-岩相互作用（图2）；而旱季则由地下水输入贡献决定，并显示出典型的pH依赖性。本研究首次明确区分了时间序列下水文条件与地下水化学过程对硼同位素分馏的差异化控制机制，为河水B同位素SWR示踪提供了区域实例和新见解。

图2. 布哈河水δ¹¹B与物理侵蚀速率(PER)和（b）硅酸盐岩风化速率（SWR）关系图

上述研究成果近期以“青海湖流域河水硼同位素组成季节性变化及其控制因素”为题，以中英双文发表在《中国科学：地球科学》上。中国科学院地球环境研究所和西安交通大学联合培养研究生秦艺通为第一作者，金章东研究员为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金和中央高校基本科研基金联合资助。

秦艺通, 金章东, 贺茂勇, 苟龙飞, 肖军. 2025. 青海湖流域河水硼同位素组成季节性变化及其控制因素. 中国科学: 地球科学, 55, doi:10.1360/SSTe-2024-0195

Qin Y, Jin Z, He M, Gou L, Xiao J. 2025. Seasonal variation of boron isotopic compositions in river water within the Qinghai Lake watershed and its controlling factors. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-024-1481-9

文章中文链接：https://www.sciengine.com/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2024-0195

文章英文链接：https://www.sciengine.com/SCES/doi/10.1007/s11430-024-1481-9