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隨著質(zhì)譜儀等分析測試技術(shù)的不斷改進(jìn)，Mg同位素已經(jīng)成為一種重要的示蹤工具被廣泛地應(yīng)用于許多地球科學(xué)問題的研究當(dāng)中，如古氣候重建、硅酸鹽風(fēng)化過程研究等。然而，近年來針對礦物和溶液體系之間Mg同位素平衡分餾系數(shù)的預(yù)測，無論是實(shí)驗(yàn)測定還是理論計(jì)算，或者不同的理論預(yù)測之間，都存在著巨大的差異和爭議。

鑒于此，最近中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所劉耘課題組高才洪等人利用一種新的理論計(jì)算的方法——可變體積的分子簇方法(VVCM)，系統(tǒng)性地研究了一系列含Mg礦物與Mg ²⁺溶液之間的Mg同位素分餾，以便找到這些差異產(chǎn)生的原因。他們最終獲得以下認(rèn)識(shí)：

1、對碳酸鹽礦物和Mg ²⁺溶液之間的平衡分餾，造成實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果之間差異的原因有：(a)實(shí)驗(yàn)過程中含Mg的水合物進(jìn)入了礦物晶格，造成實(shí)驗(yàn)測定礦物與溶液之間分餾絕對值偏小;(b)礦物中Mg的成分效應(yīng);(c)碳酸鹽礦物沉積過程中間產(chǎn)物的形成(如無定形碳酸鹽ACC的形成)。換言之，實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算研究的分餾過程可能不是同一個(gè)。

2、常溫下，水鎂石和Mg ²⁺溶液之間的Mg同位素平衡分餾預(yù)測值為+2.7‰和+2.9‰。

3、ACCs較Mg ²⁺溶液更容易富集重的Mg同位素。結(jié)合前人實(shí)驗(yàn)工作，他們獲得ACCs與Mg ²⁺溶液在常溫下Mg同位素平衡分餾結(jié)果的平均值為+1.45‰。該工作為解釋不斷增加的Mg同位素?cái)?shù)據(jù)提供了一個(gè)基礎(chǔ)。

目前，這項(xiàng)研究結(jié)果作為特邀文章(Invited research article)已經(jīng)發(fā)表在Chemical Geology 雜志上(Caihong Gao, Xiaobin Cao, Qi Liu, Yuhong Yang, Siting Zhang, Yuyang He, Mao Tang, Yun Liu*, 2018. Theoretical calculation of equilibrium Mg isotope fractionations between minerals and aqueous solutions. Chemical Geology. 488, 62-75)。

碳酸鹽礦物非傳統(tǒng)沉積路徑

礦物與溶液間Mg同位素分餾的理論預(yù)測結(jié)果：(a)菱鎂礦vs. Mg ²⁺溶液。(b)白云石vs. Mg ²⁺溶液。(c)方解石vs. Mg ²⁺溶液。(d)文石vs. Mg ²⁺溶液。(e)水鎂石vs. Mg ²⁺溶液