近日，中國科學院南海海洋研究所顏文研究員團隊在海洋自生碳酸鹽巖沉淀機制方面取得重要新進展。研究團隊應用Li同位素等地球化學手段，首次在深部沉積物中捕捉到“有機質硫酸鹽還原（OSR）-硅酸鹽風化-碳酸鹽沉淀”三元耦合的直接證據，為理解埋藏沉積物中的物質循環、深化海洋沉積物的碳埋藏理論框架提供了關鍵科學支撐，對完善海洋碳匯機制研究具有重要意義。研究成果近期以“Lithium isotopes trace silicate weathering-driven authigenic carbonate formation in marine sediments”為題在線發表在國際知名期刊Communications Earth & Environment上。助理研究員黃慧文為論文第一作者，上海海洋大學副教授宮尚桂和教授馮東為通訊作者，合作者還包括德國漢堡大學的教授J?rn Peckmann和美國萊斯大學的博士孫濤。

海洋自生碳酸鹽是地球表層系統重要的長期碳匯，其埋藏量占現代海洋碳酸鹽埋藏總量的至少10%。傳統觀點認為，海洋沉積物深部甲烷帶的產甲烷作用和有機質的硫酸鹽還原作用會產生酸性物質，降低環境 pH 值，進而抑制碳酸鹽礦物沉淀。然而，全球多處沉積物孔隙水剖面均記錄到了異常高的堿度，暗示存在大量碳酸鹽沉淀。學界推測，硅酸鹽風化可能通過釋放Ca2?與堿度抵消酸化，并促進碳酸鹽礦物沉淀，但一直缺乏深部環境的地質記錄證據。

研究團隊對墨西哥灣不同沉積環境的自生碳酸鹽開展了鋰同位素（δ⁷Li）分析。結果顯示，深部OSR相關碳酸鹽的δ⁷Li值（?6.6‰至?1.2‰）顯著低于淺層甲烷厭氧氧化成因碳酸鹽（δ⁷Li: +3.8‰至+11.7‰）（圖1）。這一獨特的負值特征是目前全球已知碳酸鹽礦物中最低值，同位素分餾計算得出的孔隙流體 δ⁷Li 值（?4.0‰至1.4‰）與巖石中硅酸鹽相的 δ⁷Li值（?5.1‰至?1.2‰）高度接近，表明該環境下硅酸鹽風化接近 “全等風化”—— 即原生硅酸鹽礦物溶解速率遠高于次生硅酸鹽形成速率，釋放的鈣和堿度為碳酸鹽沉淀提供了關鍵物質基礎。這一研究證實了碳酸鹽巖鋰同位素作為追蹤碳-硅相互作用的有效指標，也揭示了鹵水、有機質礦化與硅酸鹽風化三者在深部沉積環境中協同調控海洋碳匯的復雜過程（圖2）。

本研究從沉積記錄角度證實深部硅酸鹽風化對海洋碳匯的正向貢獻，為預測全球變化背景下的海洋碳匯演化提供了重要支撐。

圖1?典型碳酸鹽巖Li同位素組成特征

圖2?深部有機質礦化與硅酸鹽風化耦合的自生碳酸鹽埋藏機制

本研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院南海海洋研究所專項基金及廣東省基礎與應用基礎研究基金的資助。

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.

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02756-6.