新生代以来大气CO2浓度降低，导致地球气候不断变冷。硅酸盐岩风化是大气CO2的主要碳汇之一，它调节着地质时间尺度上全球的气候变化。然而，硅酸盐岩风化增强（即气候变化）的驱动力存在巨大的争议。一些研究表明山脉构造抬升促使大量新鲜矿物曝露地表发生风化作用，广泛的构造作用导致了高海拔地区硅酸盐风化率的增加以及新生代大气CO2浓度的降低。相反，一些研究支持在平原地区大量的河漫滩发育加强了硅酸盐风化率，是促使大气CO2浓度降低的驱动力。研究高海拔地区硅酸盐岩风化作用是解决这些争议的关键。
Li同位素是示踪大陆硅酸盐岩风化过程最有潜力的地球化学手段之一。自新生代以来，海水Li同位素从23‰上升到31‰，对应的大气CO2浓度从2000ppm降低到260ppm（气候不断变冷），被认为是大陆硅酸盐岩风化增强造成的。海水Li同位素升高的初始时间与印度-欧亚板块碰撞时间一致，因此一些研究认为印度-欧亚板块构造作用可能是造成新生代以来海水和河水Li同位素升高的主要原因。然而，构造作用如何促使大陆硅酸盐岩风化作用增强以至于气候变冷是不清楚的。研究高海拔地区河流Li同位素可以提供为构造作用控制的硅酸盐岩风化作用以及有关CO2消耗(气候响应)提供重要信息。
我们研究了青藏高原东部长江上游的雅砻江和金沙江以及其支流的河流溶解质和悬浮物主、微量元素含量和Li同位素组成。研究结果表明：金沙江干流的溶解Li主要受到蒸发岩溶解的影响，其δ7Li值低且变化较小(6.8‰~9.7‰)；金沙江支流、雅砻江干流以及其支流中溶解Li主要受控于硅酸盐岩风化的影响，它们的δ7Li值从上游到下游逐渐升高(9.0‰~29.4‰)(图1)。δ7Li的空间变化反映了从上游到下游硅酸岩风化加强，即富集轻δ7Li的次生矿物形成越多(图1)。该趋势表明高海拔地区主要以物理风化为主，剥蚀形成的大量岩石在地势平坦的下游堆积形成河漫滩，而强烈的硅酸盐岩风化主要发生在地势平坦的河漫滩。我们的研究支持由于构造抬升和高山侵蚀大量碎屑物在下游地势平坦的地区堆积形成河漫滩，河漫滩的大规模发育增强了硅酸盐风化率，从而促使新生代海水δ7Li升高和气候的变化（大气CO2浓度降低）。该研究成果对了解高海拔地区流域风化作用，以及全球碳循环的长时间尺度变化具有重要意义。
上述研究由天津大学地科院和德国柏林自由大学地球科学研究所，中国地质大学(武汉)等单位共同合作完成，成果在Nature Index杂志Geochimica et Cosmochimica Acta上发表。
图1 长江上游河流δ7Li值与(Li/Na)*以及溶液中Li分数fLi之间相关性图
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Tingting Ma, Marc Weynell, Si-Liang Li*, Yongsheng Liu, Benjamin Chetelat, Jun Zhong, Sen Xu, Cong-Qiang Liu, 2020. Lithium isotope compositions of the Yangtze River headwaters: Weathering in high-relief catchments. Geochimica et Cosmochimica Acta: 280: 46-65, https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.03.029.
