化学风化作用是调控大陆硅酸盐岩物质迁移与表生元素循环的重要地质过程，对全球碳循环、营养元素供给及海洋化学组成演化具有重要影响。硼（B）在低温水–岩相互作用中具有较高的地球化学活性，硼同位素在不同化学形态和矿物表面反应过程中可发生显著分馏，因此被广泛用于示踪大陆化学风化及元素迁移过程。然而，化学风化过程中硼同位素分馏的控制机制仍存在争议，这制约了我们对表生风化体系中硼循环过程的认识。

 针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生王日晶与马金龙正高级工程师、韦刚健研究员等合作，以海南澄迈玄武岩风化剖面为研究对象，系统分析了不同风化层位的矿物组成、主微量元素、pH及硼同位素组成（δ¹¹B），揭示了玄武岩风化过程中硼的迁移行为及其同位素分馏机制，阐明了pH变化与次生矿物演化对硼迁移及同位素分馏的控制作用。文章主要结论如下：

 （1）随着风化程度增强，玄武岩风化剖面全岩硼含量持续降低，硼迁移率（τ_B,TiO2）由弱亏损向强烈淋失转变，表明硼在风化过程中具有较高的迁移活性。全岩δ¹¹B值介于-3.60‰至+1.87‰之间，整体高于“母岩”（-3.13‰），并随风化增强呈系统性升高趋势（图1）。全岩δ¹¹B值与τ_B,TiO2及化学蚀变指数（CIA）之间存在显著相关性，表明硼同位素分馏与元素迁移及化学风化过程密切耦合（图2）。

 （2）矿物学结果表明，斜长石风化释放的硼是风化体系中硼的重要来源，但并不会引起明显的硼同位素分馏。相比之下，次生黏土矿物的形成与转化是控制硼同位素演化的关键。在风化初期、中性pH条件下，蒙脱石形成过程优先吸附轻硼同位素（¹⁰B）表现出相对富集特征，但整体同位素分馏较弱。随着风化作用的持续增强和pH的降低，蒙脱石逐步向高岭石转化，高岭石逐渐成为风化体系中硼的主要赋存载体，并主导风化产物δ¹¹B的演化（图3）。

 （3）pH是调控硼同位素分馏机制转变的核心因素。在弱酸性至中性条件下，高岭石形成过程中优先吸附轻硼同位素（¹⁰B）；而在更酸性的环境中（pH<6，高岭石则更倾向于重硼同位素（¹¹B），从而导致风化产物δ¹¹B值持续升高。该过程表明，pH变化通过影响矿物表面吸附选择性，控制了风化体系中硼同位素的演化（图4）。

 本研究系统揭示了玄武岩化学风化过程中硼同位素分馏的阶段性特征及其 pH控制机制，明确了次生黏土矿物及其表面过程在硼同位素行为中的主导作用。研究结果表明，在热带酸性风化环境下，硼同位素分馏并非简单反映风化强度，而是受到矿物演化与溶液化学条件的共同控制。该成果不仅深化了对玄武岩风化过程中硼迁移行为及其同位素分馏机制的认识，也为利用硼同位素示踪大陆化学风化及表生硼循环提供了新的理论依据。

 王日晶为该论文第一作者，马金龙正高级工程师为通讯作者，中国科学院广州地球化学研究所韦刚健研究员为主要合作者。相关成果近期发表于国际知名地学期刊 Geochimica et Cosmochimica Acta 。该项研究受到国家重点研发计划（2022YFF0800501）的资助。

 论文信息:Wang, R.-J.(王日晶), Ma, J.-L.(马金龙), Mao, G.-P.(虎贵朋), Zhu, G.-H.(朱冠虹), Luo, K.(雒恺), Zeng, T.(曾提), Wei, G.-J.(韦刚健) (2026). pH controlling boron isotope fractionation during chemical weathering of basalt. Geochimica et Cosmochimica Acta, doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.003

 论文链接：https:// doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.003

图1. 玄武岩风化剖面中B含量、B迁移率（τ_B,TiO2）、δ¹¹B值、pH及风化蚀变指数（CIA）的变化特征。红色五角星代表未风化基岩。

图2. 玄武岩风化剖面全岩δ¹¹B值与（a）B迁移率（τ_B,TiO2）以及（b）化学蚀变指数（CIA）的关系。红色五角星代表未风化基岩。

图3.玄武岩风化剖面中蒙脱石含量与（a）B迁移率（τ_B,TiO₂）及（b）δ¹¹B值的关系；δ¹¹B 值与（c）高岭石/蒙脱石比值、（d）高岭石含量以及（e）pH 值的关系。

图4. （a）水溶液中不同化学形态硼的相对比例随pH变化的关系（据Hemming和Hanson, 1992修改）；（b）硼在矿物表面的吸附量随pH变化的函数关系（据Goldberg et al., 1993修改）；（c）玄武岩风化过程中pH对硼化学形态、高岭石表面吸附及全岩δ¹¹B演化的控制机制示意图。