Processes controlling the stable isotope compositions of Li, B, Mg and Ca in plants, soils and waters: A review

Li, B, Mg and Ca isotopes became of increasing interest during the last decade due to their potential for better constraining the carbon cycle and nutrient cycling. At the soil-water-plant scale, Li and B isotopes are powerful tools for the understanding of processes leading to clay mineral formation in soils. Ca and Mg isotopes allow, for their part, to identify plant-mineral interactions and recycling by vegetation. At the scale of monolithological silicate watersheds, Li and B isotope fractionations are mainly controlled by the degree of mineral leaching and the amount of clay mineral formation. Ca and Mg isotope signatures in soil and waters vary seasonally, depending on the vegetation growth cycle and rain events. In mixed-lithology basins, B and Li isotopes are controlled by alteration rates of silicate minerals and the residence time of waters within the watershed. Ca and Mg isotope ratios of river waters appear to be also lithology-controlled.

RésuméLes isotopes du Li, B, Mg et Ca ont été de plus en plus étudiés au cours de la dernière décennie, en raison de leur potentiel pour mieux contraindre les cycles du carbone et des nutriments. À l’échelle locale eau-sol-plante, les isotopes du Li et du B sont des outils puissants permettant de comprendre la formation des minéraux argileux dans les sols. Pour leur part, les isotopes du Ca et du Mg permettent d’identifier les interactions entre les plantes et les minéraux ainsi que le recyclage par la végétation. À l’échelle des bassins versants monolithologiques, les fractionnements isotopiques du Li et du B sont principalement contrôlés par le degré de lessivage des minéraux et la quantité de minéraux argileux formés. Les signatures isotopiques en Ca et en Mg dans les sols et les eaux de rivière varient saisonnièrement, en fonction du cycle de croissance des végétaux et des épisodes pluvieux. Dans des bassins versants plurilithologiques, les isotopes du B et du Li sont contrôlés par les taux d’altération des minéraux silicatés ainsi que par les temps de résidence des eaux au sein des bassins versants. Par ailleurs, les isotopes du Ca et du Mg des eaux de rivière semblent également contrôlés par la lithologie.