中国科大在揭示青海湖锂循环过程和同位素分馏机制方面取得重要进展

近日，我院肖益林教授团队与中国科学院青海盐湖所、美国宾夕法尼亚大学以及南宁师范大学合作系统测定了青海湖的水、沉积物和补给水的元素及Li同位素组成，并对湖水系统的Li循环过程和Li同位素分馏机制进行了详细解剖。研究成果发表在最新一期国际知名学术期刊《应用地球化学》上。

青海湖是中国最大的咸水湖（4625平方公里），位于干旱区、高寒区和季风区的交汇处，对于全球气候变化十分敏感。同时该地区人口和农牧业活动少，人类活动影响可以忽略，因此青海湖可以很好地记录青藏高原区域的古气候信息。锂同位素(δ7Li) 由于分馏大、不受生物作用影响等独特优势被认为是示踪古气候环境变化的良好工具。然而，在进行示踪工作之前，必须解开湖泊水和沉积系统中锂同位素分馏和元素循环的机制。

图1.(a)青海湖水样横向剖面采样点(b)青海湖水样垂直剖面的采样点(c)青海湖沉积物采样点

研究结果表明湖水锂浓度为略微波动，主要受控于与氧化铁或悬浮物的吸附作用影响，δ7Li值（32.1‰±0.4‰）则表现出显著的均匀性。不同采样点的湖泊沉积物矿物组成相差不大，与湖水之间的分馏高达30‰，主要是自生粘土形成所致，通过计算可以确定二者的平衡分馏系数为0.973。

图2.(a)(b)分别是青海湖的两个垂直断面湖水元素浓度，前者水深27m，后者水深14m(c)是青海湖横向剖面湖水元素浓度

该研究建立了青海湖的Li循环模型，模型显示青海湖现阶段处于非稳态，Li输入（46.8t/a）略高于Li输出（44.4t/a），在基于现阶段气候条件不变的情况下，湖泊的Li储量将逐渐上升，预计在1.2 ka内达到稳定状态，湖水的δ7Li值将增加，直到6ka后达到~45‰。该研究一方面加深了我们对封闭盆地内水系地球化学过程的理解，并重建青藏高原古气候环境历史具有重要意义。另一方面鉴于青海湖与海洋系统的高度相似性，也有可能为海洋Li同位素的演化提供见解，有助于加深我们对全球Li循环的理解。

图3.（a）（b）分别是海洋（Misra and Froelich., 2012）和青海湖的Li循环模式示意图。

中国科学技术大学博士研究生李尹为论文第一作者，肖益林教授和王洋洋特任副研究员为共同通讯作者。该项工作得到中国科学院战略重点研究计划（B）和国家自然科学基金的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2024.106190