大陆风化在地质历史时期对全球气候变化、大气成分改变和生命演化等关键过程具有深刻影响。然而，控制深时大陆风化强度变化的主导因素仍存在争议。一种观点认为，大气氧含量上升导致风化壳深部基岩中含二价铁的原生矿物氧化，其体积膨胀使岩石产生裂隙，进而促进了土壤水和CO2渗入风化壳深部 (Wei and Li, 2024)。这一过程加速了风化壳深部岩石的风化，可能导致了地表风化壳加厚以及全球大陆风化强度增加。然而，目前缺乏能记录深时风化强度和风化壳厚度，并可与大气氧化历史直接对比的有效指标，使上述机制仍缺乏实证支撑。
该研究提出，海水锂同位素（δ7Li = [ (7Li/6Li)海水/(7Li/6Li)标样 – 1] × 1000）可能是记录大气氧化控制下全球风化强度变化的潜在优良指标。通常认为，海水中溶解态锂移除的整体锂同位素分馏系数（Δ7Li汇-海水）为–16‰。该研究从概念上将海水锂汇分为两个端元：完全移除汇和不完全移除汇。前者对应封闭微环境或快速锂移除的情形，包括深部海洋沉积物中自生粘土矿物形成，深部洋壳热液蚀变，和热液锰氧化物形成（伴随快速锂移除），因微环境内溶解锂被完全移除，此类过程几乎不发生表观锂同位素分馏（Δ7Li ≈ 0‰）。后者发生在沉积物–水界面的开放环境中，自生粘土在此环境中形成时与海水充分交换锂，使海水δ7Li升高，对应分馏系数约–21‰。现代海洋中两类锂汇同时存在，其综合效应表现为–16‰的表观分馏。考虑到不完全移除汇主要为沉积物–水界面附近自生粘土矿物形成，其通量受陆源碎屑输入的控制，该研究在模型中假定其通量与大陆风化所提供的碎屑铝硅酸盐量及海水锂浓度成正比，而完全移除汇通量则仅正比于海水锂浓度。同时，陆源碎屑铝硅酸盐的产量和河水锂输入通量均受大气氧分压（pO₂）调控下的大陆风化强度控制。基于上述过程，该研究构建了风化壳原位风化动力学模型和海洋锂储库箱式模型，计算了不同的pO2条件下对应的海水δ7Li。根据对新元古代氧化事件（NOE，Neoproterozoic Oxygenation Event，0.8–0.55 Ga）前的重建结果，一般认为当时pO2低于现代值（PAL，present atmospheric level）的1%。模型结果显示，在此低氧环境下，海水δ7Li维持在约9‰的低水平。而当pO2从NOE前的1% PAL升高至100% PAL时，模拟得到的δ7Li上升幅度可达22‰，这与碳酸盐记录反演的显生宙海水δ7Li增幅接近 (Kalderon-Asael et al., 2021)。
图1传统模式和该研究构建的“两种概念锂汇”模式下的现代海水δ7Li值（31‰）和古海水低δ7Li值示意图。在传统模式（a, b）中，仅考虑河水锂输入的δ7Li变化，其余源汇通量和同位素分馏值保持不变。该研究构建的“两种概念锂汇” 模式（c, d）将海水锂汇区分为完全移除汇与不完全移除汇，两者通量随大陆风化通量和海水锂含量变化而变化。
图2大陆风化通量（kRIV）和海水δ7Li对大气氧含量的响应
综上所述，该研究提出，尽管风化岩性或河水存留时间变化等因素也会影响海水δ7Li，但在长时间尺度上，NOE事件和此后的古生代氧化事件（POE，Paleozoic Oxygenation Event，0.45–0.39 Ga）仍可被认为是驱动海水δ7Li升高的首要因素。这一成果从大陆风化的角度为显生宙海水δ7Li升高提供了新的解释，更为大气氧化驱动深时全球风化增强提供了有力的地质证据。
该研究成果近期发表于自然指数（Nature Index）期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。304永利集团官网入口博士生徐哲文为论文第一作者，李高军教授为通讯作者，其他作者包括GFZ德国地球科学研究中心Patrick J. Frings博士，天津大学刘丛强教授。该研究受国家自然科学基金委杰出青年科学基金（42325302）和青年学生基础研究项目（博士研究生）（423B2304）资助。
图3 40亿年来大气氧含量，海洋中大陆风化锶输入通量占比和海水δ7Li演化曲线
论文信息：
Xu, Z., Frings, P.J., Liu, C-Q., Li, G., Linking lithium isotopic composition of seawater to atmospheric oxygenation, Geochimica et Cosmochimica Acta (2025), doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.12.013
相关研究：
Kalderon-Asael, B., Katchinoff, J. A. R., Planavsky, N. J., Hood, A. v. S., Dellinger, M., Bellefroid, E. J., et al. (2021). A lithium-isotope perspective on the evolution of carbon and silicon cycles. Nature, 595(7867), 394-398. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03612-1.
Wei, G.-Y. & Li, G. (2024). Atmospheric oxygenation as a potential trigger for climate cooling. Science Bulletin, 69(23), 3717-3722. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.05.006.
图文：徐哲文
审核：陈天宇
