硼掺入Mg(OH)<sub>2</sub>过程中的硼同位素分馏
摘要
为确定B掺入Mg(OH)<sub>2</sub>时的形式及掺入过程中硼同位素组成的变化, 进行了不同设定pH (pH<sub>设定</sub>)的人工合成无Mg海水中B掺入Mg(OH)<sub>2</sub>的实验. 结果表明, B掺入Mg(OH)<sub>2</sub>非常迅速, 4 h能达到平衡, 平衡后Mg(OH)<sub>2</sub>中B浓度[B]<sub>固</sub>和固相与溶液相间的分配系数K<sub>d</sub>随pH<sub>设定</sub>的升高而降低. 而且最高的[B]<sub>固</sub>和K<sub>d</sub>均远高于B被金属氧化物或黏土矿物吸附时的对应值, 表明B具有很强的掺入Mg(OH)<sub>2</sub>的能力. 平衡时溶液相的<italic>δ</italic><sup>11</sup>B<sub>液</sub>f均低于原始溶液的<italic>δ</italic><sup>11</sup>B<sub>液</sub>i, 计算的Mg(OH)<sub>2</sub>与平衡溶液间的硼同位素分馏系数<italic>α</italic><sub>固-液</sub>变化范围为1.0186~1.0220, 平均值为1.0203. 这充分表明, B掺入Mg(OH)<sub>2</sub>时<sup>11</sup>B优先进入固相, 这是B(OH)<sub>3</sub>优先掺入的结果. B(OH)<sub>3</sub>与Mg(OH)<sub>2</sub>间的沉积反应是B(OH)<sub>3</sub>掺入的直接原因. B(OH)<sub>3</sub>与Mg(OH)<sub>2</sub>间的沉积反应和B(OH)<sub>4</sub><sup>−</sup>在Mg(OH)<sub>2</sub>上吸附可能同时存在, 并以沉积反应为主, 它们决定了B掺入Mg(OH)<sub>2</sub>时硼同位素特征. 与B只以B(OH)<sub>4</sub><sup>−</sup>形式掺入生物碳酸盐不同, B以B(OH)<sub>3</sub>和B(OH)<sub>4</sub><sup>−</sup>两种形式同时掺入Mg(OH)<sub>2</sub>, 并以B(OH)<sub>3</sub>优先掺入为主, pH<sub>设定</sub>越低掺入的B(OH)<sub>3</sub>比例越高. 由于Mg(OH)<sub>2</sub>普遍存在于石珊瑚中, 这将严重影响珊瑚的硼同位素组成<italic>δ</italic><sup>11</sup>B与海水pH的定量对应关系, 因此会给<italic>δ</italic><sup>11</sup>B作为古海水pH的代用指标带来极大的不确定性.