中国地质大学（北京）韩贵琳课题组ES&T：基于锶同位素的贝叶斯反演揭示澜沧江流域化学风化过程

环境人Environmentor · 公众号 · · 2025-05-30 12:44

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₂ 方面起到关键作用，与区域气候变化密切相关。根据构造隆升 -风化假说，青藏高原隆升引发的正反馈作用加速了化学风化，降低了大气CO ₂ 水平，并对新生代全球变冷起到关键作用。相反，一些研究认为温度升高和降水量增加等气候因素可能加强了低海拔地区的岩石风化速率，由此成为促使大气 CO ₂ 浓度降低的主要驱动力。因此，识别构造活跃地区的化学风化过程是解决这些争议的关键。多数研究表明青藏高原大型河流系统向海洋贡献了不成比例的高元素通量，但青藏高原东南部流域的复杂地貌岩性特征限制了我们对其生物地球化学循环机制的理解，缺乏对流域内部不同河段风化物质来源的定量解析。澜沧江位于湄公河上游地区，发源于青藏高原东南缘，且自上而下贯穿多个典型构造单元，是连接陆海物质循环的重要通道。准确量化澜沧江流域的风化过程，能够为阐明青藏高原地区水环境现状提供关键视角。而 Sr同位素在示踪流域尺度地球化学循环过程方面有诸多优势。

图文导读

澜沧江溶解态 Sr同位素及元素摩尔比值关系

图 1. 澜沧江干支流溶解态 Sr浓度及其同位素比值的沿程变化趋势

图 2. 澜沧江溶解态 Sr同位素及元素摩尔比值关系

湄公河上游河段澜沧江的溶解 Sr浓度（492.5 μg/L）远高于全球平均水平（78.3 μg/L），而 ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr范围为 0.7085~0.7287，其均值低于喜马拉雅南部地区河流（图 1）。根据元素摩尔比，本研究对特定风化端元进行了初步判断（图 2 ）。

贝叶斯模型反演

图 3 贝叶斯模型反演湄公河上游澜沧江 Sr来源

将水化学指标和 Sr同位素在贝叶斯模型中进行耦合，对河流溶质来源贡献进行了反演。Sr同位素的加入提高了典型高风化区来源贡献识别的准确性，有效克服了传统模型在参数不确定性与源区重叠方面的局限。反演结果表明，河流源头地区受到融雪和岩石风化的强烈影响，上游地下水贡献较少而岩石风化贡献增加，中游横断山区受岩石风化过程影响显著，下游地区流经西双版纳等城市区域，人为活动对河流溶质组成具有叠加影响（图3）。

输出通量

流域各河段岩石风化过程具有空间异质性，对 Sr输出通量和 CO ₂ 消耗产生了一定程度的影响，计算结果表明湄公河上游地区输出的 Sr通量约为2.5×10 ⁴ 吨 /年，CO ₂ 消耗速率在 15年内显著增加，原因可能是河流流量发生了变化，这一推断得到了长期流量波动趋势和模型模拟的支持。除区域气候变化影响外，人为因素特别是大坝建设和使用也可能间接影响流域的物质循环过程，加速化学风化作用，进而对青藏高原河流向海洋输出的元素通量产生持续影响。这项工作不仅为识别湄公河上游流域化学风化过程提供了新的证据，也为深入理解青藏高原地区风化机制和区域气候反馈提供了定量支撑。

作者简介

通讯作者：韩贵琳 中国地质大学（北京）教授、博士生导师，教育部 “长江学者”特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者。长期从事环境地球化学和同位素地球化学研究，在非传统稳定同位素实验地球化学研究方法的创建、同位素与人体健康效应的关联，以及流域风化与全球变化等方面取得了多项突破性研究成果，在 EPSL、GCA、ES&T、WR等国际SCI期刊发表第一/通讯作者论文180余篇。入选2023-2024 Elsevier中国高被引学者，出版中英文专著6部，授权中国发明专利4项，登记软件著作权7项，获得国际地球化学协会 Kharaka奖、第12届侯德封矿物岩石地球化学青年科学家奖等。