风化是理解地球宜居气候的关键。青藏高原的隆升对大陆风化、大气CO₂循环和新生代气候变化起着关键作用。海洋生物碳酸盐的硼同位素组成（ ¹¹B）可以反演古海水的pH值，进而可以反应大气CO₂浓度，成为地质历史时期大气CO₂浓度重建的重要指标之一。而海水的硼同位素组成主要受到河流硼通量和同位素组成的影响。青藏高原地区的河流贡献了全球海洋硼输入量的17%。同时，青藏高原地区构造活动活跃，热泉广泛分布。热泉通常具有非常高的硼浓度和低的硼同位素组成。热泉输入如何影响河流硼浓度和 ¹¹B以及海洋 ¹¹B的演化尚不清楚。

　　中国科学院地球环境研究所金章东研究团队与长安大学、法国、德国和日本的同行合作，分季节采集了雅鲁藏布江（简称雅江）河水和热泉，探讨了雅江河水硼浓度和 ¹¹B的季节性变化及其来源，以及热泉输入对新生代以来海洋 ¹¹B演化的影响。

　　图1 全球河流和热泉的硼浓度和硼同位素组成

　　研究发现，雅江河水具有异常高的硼浓度和极低的 ¹¹B值（图1）。雅江流域河水硼的平均值（72.5 mol/L）远高于世界河流平均值（0.9 mol/L），而 ¹¹B（-9.2‰）远低于世界河流平均值（+10‰）。从上游到下游，雅江硼浓度呈现降低趋势，而 ¹¹B值呈现上升的趋势（图2）。同时，丰水期河水的硼浓度和 ¹¹B值低于枯水期。雅江河水硼浓度的时空变化与稀释作用有关。该区的雨水和冰雪融水具有低的硼浓度和较高的 ¹¹B值（图2b）。越往下游气候越湿润，降雨越多，径流量越大，稀释作用导致下游地区河水的硼浓度降低。然而稀释作用对 ¹¹B值的影响较小。河水的 ¹¹B与B/Na关系表明（图2b）， ¹¹B值的空间变化与瑞利分馏有关。同一采样点样品枯水期高的 ¹¹B值主要与次生粘土矿物掺入有关。枯水期水岩相互作用时间较长，导致¹⁰B掺入次生矿物的比例较高。

　　图2 雅鲁藏布江河水参数的季节性变化

　　前人研究发现硅酸岩风化是河流硼的主要来源。在此过程中重的¹¹B释放到流体中，导致河流的 ¹¹B值高于原岩。而我们发现雅江河水的 ¹¹B值低于相应的悬浮物和沉积物，表明硅酸岩风化不是雅江河流硼的主要来源。雅江流域热泉具有高的硼浓度和低的 ¹¹B值，可能是河流硼的主要来源。雅江河流的砷已被证实主要来自热泉输入，河流的硼浓度与砷具有很好的正相关性（图2a），也表明雅江硼主要来自热泉输入。在此基础上，我们对雅江硼的来源进行了量化。结果表明，大气降雨、人为输入、蒸发岩溶解、碳酸岩和硅酸岩风化对雅江硼的贡献很小，而热泉的平均贡献达到95%。

　　图3 热泉硼输入对海洋 ¹¹B的影响

　　基于全球河流和热泉的 ¹¹B数据集，我们对风化和热泉端元硼通量以及d11B值进行了约束，结合质量平衡的敏感性计算表明，当河流中热泉硼贡献为35%（中值）（图3a），全球热泉硼输入增加1.5倍足引起海水 ¹¹B降低约3‰。。因此，热泉输入显著影响全球河流进而影响海洋硼的收支平衡和 ¹¹B演化。另外，深部构造活动往往伴随着强烈的岩浆和热液活动。西藏地区岩浆活动在新生代以来逐步减弱，我们推测新生代以来海水 ¹¹B升高可能与青藏高原等构造活动相关的全球地热活动下降有关（图3b）。

　　相关成果发表在Earth and Planetary Science Letters期刊上。地球环境研究所肖军研究员为第一作者，金章东研究员为通讯作者。该研究受基金委重大项目和国际合作项目、科技部第二次青藏高原综合科学考察项目的联合资助。

　　文章详见：Xiao, J., Zhao, Z.Q., Bouchez, J., Ma, X.L., Pogge von Strandmann, P. A. E. Araoka, D., Yoshimura, T., Zakir Hossain, H.M., Kawahata, H., Jin, Z.D*. Geothermal input significantly influences riverine and oceanic boron budgets. Earth and Planetary Science Letters, 2023, 621,118397.

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118397。