Silicon isotopes and continental weathering processes: Assessing controls on Si transfer to the ocean

Knowledge of the weathering processes controlling continental transfer of dissolved silicon (DSi) to the ocean is fundamental to the estimate of the long-term atmospheric CO2-budget. Studies at the soil profile and catchment scales demonstrate that the Si isotopic composition of soil and riverine DSi is a marker of abiotic and/or biotic weathering processes. In this paper, we first review Si isotopic fractionation in the natural environment. We then evaluate the application of Si isotopes to gain new insights into weathering processes on distinct spatial and temporal scales. We suggest that bulk soil δ30Si is inversely correlated to weathering degree, regardless of variability in climate, soil age and lithology. We also posit that the Si isotopic composition of DSi and suspended matter in rivers is indicative of the weathering regime (weathering- vs. transport-limited) prevailing in the area where DSi flux originates. Finally, we propose some future research directions.

RésuméLa connaissance des processus d’altération qui contrôlent le transfert continental du silicium dissous (DSi) à l’océan est fondamentale pour estimer le budget du CO2 atmosphérique à long terme. Des études à l’échelle du profil de sol ou du bassin versant démontrent que les compositions isotopiques en Si des sols et de la phase dissoute des rivières sont des indicateurs de processus d’altération abiotiques et biotiques. Dans ce papier, le fractionnement isotopique du Si dans l’environnement naturel est tout d’abord examiné. Ensuite, nous évaluons l’application des isotopes du Si pour améliorer notre compréhension des processus d’altération, à des échelles spatiale et temporelle plus larges. Nous suggérons que la composition isotopique du sol est inversement corrélée au degré d’altération, et cela dans des conditions de climat, d’âge du sol et de lithologie variables. Nous proposons également que la composition isotopique en Si du DSi et de la matière en suspension des rivières est un indicateur du régime d’altération (à altération limitée vs à transport limité) dominant dans la zone d’origine des flux de DSi. Finalement, nous proposons quelques pistes pour des recherches futures.