Chemical weathering of volcanic rocks in warm and humid climates contributes disproportionately to global solute fluxes. Geochemical signatures of solutes and solids formed during this process can help quantify and reconstruct weathering intensity in the past. Here, we measured silicon (Si) and germanium (Ge) isotope ratios of the soils, clays, and fluids from a tropical lowland rainforest in Costa Rica. The bulk topsoil is intensely weathered and isotopically light (mean ± 1σ: δ³⁰Si = −2.1 ± 0.3‰, δ⁷⁴Ge = −0.13 ± 0.12‰) compared to the parent rock (δ³⁰Si = −0.11 ± 0.05‰, δ⁷⁴Ge = 0.59 ± 0.07‰). Neoforming clays have even lower values (δ³⁰Si = −2.5 ± 0.2‰, δ⁷⁴Ge = −0.16 ± 0.09‰), demonstrating a whole‐system isotopic shift in extremely weathered systems. The lowland streams represent mixing of dilute local fluids (δ³⁰Si = 0.2 − 0.6‰, δ⁷⁴Ge = 2.2 − 2.6‰) with solute‐rich interbasin groundwater (δ³⁰Si = 1.0 ± 0.2‰, δ⁷⁴Ge = 4.0‰). Using a Ge‐Si isotope mass balance model, we calculate that 91 ± 9% of Ge released via weathering of lowland soils is sequestered by neoforming clays, 9 ± 9% by vegetation, and only 0.2 ± 0.2% remains dissolved. Vegetation plays an important role in the Si cycle, directly sequestering 39 ± 14% of released Si and enhancing clay neoformation in surface soils via the addition of amorphous phytolith silica. Globally, volcanic soil δ⁷⁴Ge closely tracks the depletion of Ge by chemical weathering (τGe), whereas δ³⁰Si and Ge/Si both reflect the loss of Si (τ_{Si}). Because of the different chemical mobilities of Ge and Si, a δ⁷⁴Ge‐δ³⁰Si multiproxy system is sensitive to a wider range of weathering intensities than each isotopic system in isolation.

中文翻译：

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强烈热带风化和生态系统循环过程中的锗和硅同位素行为

温暖潮湿气候中火山岩的化学风化对全球溶质通量的贡献不成比例。在此过程中形成的溶质和固体的地球化学特征可以帮助量化和重建过去的风化强度。在这里，我们测量了来自哥斯达黎加热带低地雨林的土壤、粘土和流体的硅 (Si) 和锗 (Ge) 同位素比率。与母岩 (δ³⁰Si = -0.11 ± 0.05‰, δ⁴ Ge = 0.5‰, δ⁷⁴Ge = -0.13 ± 0.12‰)相比，大块表土具有强烈的风化和同位素轻（平均值± 1σ：δ³⁰Si = -2.1 ± 0.3‰，δ⁷⁴Ge = -0.13 ± 0.12‰） ）。新生粘土的值甚至更低（δ³⁰Si = -2.5 ± 0.2‰，δ⁷⁴Ge = -0.16 ± 0.09‰），表明极端风化系统中的整个系统同位素发生了变化。低地溪流代表当地稀释流体的混合（δ³⁰Si = 0.2 − 0.6‰，δ⁷⁴Ge = 2。2 − 2.6‰) 与富含溶质的流域间地下水 (δ³⁰Si = 1.0 ± 0.2‰, δ⁷⁴ Ge = 4.0‰)。使用 Ge-Si 同位素质量平衡模型，我们计算出通过低地土壤风化释放的 91±9% 的 Ge 被新生粘土隔离，9±9% 被植被隔离，只有 0.2±0.2% 仍然溶解。植被在 Si 循环中起着重要作用，直接隔离 39 ± 14% 释放的 Si 并通过添加无定形植硅体二氧化硅增强表层土壤中的粘土新形成。在全球范围内，火山土壤δ⁷⁴Ge密切跟踪化学风化（τGe）对Ge的消耗，而δ³⁰Si和Ge/Si都反映了Si的损失（τ_{Si}）。由于 Ge 和 Si 的化学迁移率不同，δ⁷⁴Ge-δ³⁰Si 多代理系统比每个孤立的同位素系统对更广泛的风化强度敏感。6‰)与富溶质流域间地下水（δ³⁰Si = 1.0 ± 0.2‰，δ⁷⁴Ge = 4.0‰）。使用 Ge-Si 同位素质量平衡模型，我们计算出通过低地土壤风化释放的 91±9% 的 Ge 被新生粘土隔离，9±9% 被植被隔离，只有 0.2±0.2% 仍然溶解。植被在 Si 循环中起着重要作用，直接隔离 39 ± 14% 释放的 Si 并通过添加无定形植硅体二氧化硅增强表层土壤中的粘土新形成。在全球范围内，火山土壤 δ⁷⁴Ge 密切跟踪化学风化 (τGe) 对 Ge 的消耗，而 δ³⁰Si 和 Ge/Si 都反映了 Si 的损失 (τ_{Si})。由于 Ge 和 Si 的化学迁移率不同，δ⁷⁴Ge-δ³⁰Si 多代理系统比每个孤立的同位素系统对更广泛的风化强度敏感。6‰)与富溶质流域间地下水（δ³⁰Si = 1.0 ± 0.2‰，δ⁷⁴Ge = 4.0‰）。使用 Ge-Si 同位素质量平衡模型，我们计算出通过低地土壤风化释放的 91±9% 的 Ge 被新生粘土隔离，9±9% 被植被隔离，只有 0.2±0.2% 仍然溶解。植被在 Si 循环中起着重要作用，直接隔离 39 ± 14% 释放的 Si 并通过添加无定形植硅体二氧化硅增强表层土壤中的粘土新形成。在全球范围内，火山土壤 δ⁷⁴Ge 密切跟踪化学风化 (τGe) 对 Ge 的消耗，而 δ³⁰Si 和 Ge/Si 都反映了 Si 的损失 (τ_{Si})。由于 Ge 和 Si 的化学迁移率不同，δ⁷⁴Ge-δ³⁰Si 多代理系统比每个孤立的同位素系统对更广泛的风化强度敏感。