钙（Ca）在碳酸盐和硅酸盐矿物风化过程中发挥核心作用，并对全球地球化学循环具有重要影响。在风化过程中，Ca同位素可通过物理、化学和生物过程发生不同程度的分馏，因此成为研究风化机制及水体中溶解态 Ca来源的重要示踪工具。此外，由于 Ca 循环与碳循环紧密耦合，Ca 同位素也有望成为约束碳循环过程的潜在指标。然而，尽管利用 Ca同位素约束水环境中 Ca 的来源及迁移转化过程已取得一定进展，但由于控制 Ca 同位素组成的多种过程相互耦合，风化信号与碳循环之间的关系仍难以清晰辨识。
富碳酸盐地表水体是探究光合作用诱导 CaCO3沉淀对 Ca 同位素组成（δ44/40Ca）调控机制的理想天然体系。本研究以中国西南部沙湾喀斯特水–碳循环试验场为研究区，选取 5 个水文地质边界条件相同但土地利用类型不同的人工构建地下水–地表水系统开展对比研究。我们综合运用水化学分析、元素分析、稳定同位素（δ2H、δ18O、δ13CDIC及δ44/40Ca）、矿物学证据、溶解性有机物组成及同位素分馏模型，识别控制δ44/40Ca 变化的关键因素。结果表明，地表水（P，池水）的 δ44/40Ca值通常高于其补给地下水（S，泉水），表明在次生CaCO3沉淀过程中，轻 Ca 同位素优先进入沉淀相，导致残余水体中重 Ca 同位素相对富集。光合作用增强会加速 DIC 消耗，促进CaCO3沉淀，并进一步放大地表水与地下水之间的 Ca 同位素偏移。与此同时，土地利用通过调节地下水中 Ca2+ 和 DIC 的输入通量（进而影响沉淀强度）以及初级生产力，进一步放大了这一偏移幅度；其总体变化趋势表现为从裸岩、裸土到植被覆盖地表逐渐增强（图1）。上述结果表明，光合作用驱动的碳酸盐沉淀是控制陆地碳酸盐流域 Ca 同位素变异的重要过程。
图1土地利用变化（裸岩和裸土转化为植被覆盖）增强了地表水的初级生产力，进而放大了地表水与地下水之间的钙同位素组成差异。
上述研究成果发表在地球化学主流期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。研究得到了国家自然科学基金项目（42130501、42141008、42307070、42407287）、贵州省2021年度科技资助项目（GZ2021SIG）和环境地球化学国家重点实验室自主战略项目（SKLEG2024106）等项目资助。
论文信息：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001670372600253X?via%3Dihub
（环境室 邵明玉/供稿）