Experimental constraints on Li isotope fractionation during the interaction between kaolinite and seawater

Autor: Michael J. Henehan, Jacques Schott, Xu (Yvon) Zhang, Marie L Kuessner, Giuseppe D. Saldi, V. Montouillout, Jérôme Gaillardet, Julien Bouchez
Přispěvatelé: Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP (UMR_7154)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire d'Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS), Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre (EOST), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Earth Surface Geochemistry [Postdam], GeoForschungsZentrum - Helmholtz-Zentrum Potsdam (GFZ), IPGP multidisciplinary program PARI, Region Ile-de-France SESAME Grant no. 12015908, European Project: 608069,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2013-ITN,ISONOSE(2014), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO)
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Geochimica et Cosmochimica Acta
Geochimica et Cosmochimica Acta, 2021, 292, pp.333-347. ⟨10.1016/j.gca.2020.09.029⟩
Geochimica et Cosmochimica Acta, Elsevier, 2021, 292, pp.333-347. ⟨10.1016/j.gca.2020.09.029⟩
ISSN: 0016-7037
DOI: 10.1016/j.gca.2020.09.029⟩
Popis: International audience; In this study, to better understand the factors controlling the concentration and isotope composition of lithium (Li) in the ocean, we investigated the behaviour of Li during interaction of kaolinite with artificial seawater. Dissolution of kaolinite in Li-free seawater at acidic conditions (exp. 1) results in a strong preferential release of light Li isotopes, with △7Liaq-kaol ∼ −19‰, likely reflecting both the preferential breaking of 6Lisingle bondO bonds over 7Lisingle bondO bonds and the release of Li from the isotopically lighter AlO6 octahedral sites. Sorption experiments on kaolinite (exp. 2) revealed a partition coefficient between kaolinite and fluid of up to 28, and an isotopic fractionation of −24‰. Thermodynamic calculation indicates authigenic smectites formed from the dissolution of kaolinite in seawater at pH 8.4 (exp. 3). The formation of authigenic phase strongly removed Li from the solution (with a partition coefficient between the solid and the fluid equal to 89) and led to an increase of ca. 25‰ in seawater δ7Li. This fractionation can be described by a Rayleigh fractionation model at the early stage of the experiment during rapid clay precipitation, followed, at longer reaction time, by equilibrium isotope fractionation during the much slower removal of aqueous Li via co-precipitation and adsorption. Both processes are consistent with a fractionation factor between the solid and the aqueous solution of ∼−20‰. These experiments have implications for interpreting the Li isotopic composition of both continental and marine waters. For instance, the preferential release of 6Li observed during kaolinite far-from-equilibrium dissolution could explain the transient enrichments in 6Li observed in soil profiles. With regard to the evolution of seawater δ7Li over geological time scales, our experimental results suggest that detrital material discharged by rivers to the ocean and ensuing “reverse chemical weathering” have the potential to strongly impact the isotopic signature of the ocean through the neoformation of clay minerals.
Databáze: OpenAIRE
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