阿哈湖沉积物-水界面Fe,Mn的季节性释放特征

已经归宿于沉积物的各种有毒、有害元素经由孔隙水向上覆湖水的再次释放,是影响和制约湖泊水质的地球化学过程之一,研究和认识这一过程的基本特征及其发生机制,对淡水湖泊的水质保护和污染治理具有重要的理论和现实意义。Fe,Mn均是地表水环境中典型的氧化还原敏感性元素,因在其他微量元素及核素表生循环过程中所起的关键作用而引人瞩目。本文以阿哈湖为例,根据湖水和沉积物孔隙水Fe,Mn及其相关组分高分辨浓度-深度剖面的季节性动态分析,揭示含氧条件下沉积物-水界面Fe,Mn的季节性释放特征,并初步探讨有关的影响和控制因素。     

贵州阿哈湖沉积物-水界面微生物活动及其对微量元素再迁移富集的影响

通过功能性微生物、孔隙水微量元素及有机质降解的电子受体的分析, 发现长期受到煤矿废水和生活污水复合污染的阿哈湖沉积物-水界面附近发生着强烈的生物地球化学过程, Fe, Mn和S的微生物还原发生在沉积深度上的不同位置, 硫酸根的还原要高于Fe的还原, 在表层进行并在一定程度上抑制了Fe, Pb等在表层的释放趋势. Fe和Mn在不同位置的还原造成了微量元素的“双重”释放效应. 部分微量金属元素在沉积物表层10 cm范围内出现“强烈富集”现象. 通过研究, 初步解释了这种现象发生的微生物学机理及环境诱发机制, 目的在于认识阿哈湖复合污染的湖泊环境中微量金属的不稳定迁移方式及其潜在环境危害性.     

红枫湖沉积物顶部~(210)Po_(ex)垂直剖面的变异

自1963年Goldberg倡导~(210)Pb计年方法后,该项技术已广泛应用于湖泊、海湾近代沉积物计年。然而,由于Rn的丢失,可能使~(210)Pb_(ex)方法的沉积物堆积速率偏低15—20％。近年对Greifen湖等的研究发现,在湖底界面处激烈的Fe、Mn循环条件下可能存在~(210)Pb的沉积后扩散迁移,导致~(210)Pb_(ex)方法的沉积物堆积速率显著偏低。     

南永2井珊瑚礁“红色与黑色沉积夹层”的成因及环境意义初探

南沙群岛南永2井珊瑚礁古地磁学和地球化学研究发现：“黑色沉积夹层”的底界（99.69m）与布容正极性/松山反极性（B/M）转换、δ^18O曲线冷/暖（19/20）气候变换界限相对应,距今年龄约0.78Ma;“红色沉积夹层”与留尼汪事件I（Reunion I)地球磁场极性漂移（反转）相对应,距今年龄约2.04～2.01Ma.相对于正常的浅色礁岩沉积,黑色沉积层的磁化率（χ）、剩余磁化强度（Mr）以及MnO和Fe2O3含量均呈明显正异常;红色沉积层的磁化率（χ）、剩余磁化强度（Mr）和Fe2O3含量也出现正异常,结合古生物的分析结果,认为这一对特殊而典型的“沉积夹层”与古气候的突变有关,即全球气候变化以及所伴随的地球磁场极性反应,直接影响到古生物的生境状况,同时也影响到某些化学元素,特别是Fe和Mn等氧化还原敏感性元素的分散与富集,如当气候突然变暖时,冰期时浓缩的Fe和Mn等金属会大量氧化稀释;而当气候突然变冷时,原来被氧化的高价铁等又高度浓缩,这可能是珊瑚礁与“红与黑”沉积事件产生和消失的重要原因之一。     

一个多层的早期成岩作用模型

早期成岩作用指的是沉积物在沉积至浅埋藏过程中在沉积颗粒、孔隙水及沉积环境水介质之间发生的一系列物理、化学及生物学作用.早期成岩作用可以在沉积物中形成地球化学层序带,自上而下可依次出现氧化带(OX带)、硫化物还原带(SR带)和甲烷带(ME带)等. 对这些带的部分作用机理的认识已日趋深入,并进而出现了较为成功的早期成岩作用方面的模型.这些模型多以底层水的有机质、溶解氧和硫酸根的浓度,沉积物的孔隙率、沉积速率,以及溶质的扩散系数及有机质的反应速率(后两者可为孔隙水温度的函数)等为已知参数,计算出有机质、溶解氧和硫酸根的浓度在沉积物中随深度的分布,从而区分出氧化带和硫化物还原带.但是,现有的模型只能用来计算一次性的沉积事件,即只能用来计算一个沉积层;而对于有多次性的沉积事件发生,从而形成多个沉积层,并且这些沉积层之间相互存在影响的情形,现有的模型无法应用.而多层沉积的情况在实际中又是经常发生的.因此,本文在现有的单层早期成岩作用模型的基础上,发展出了一个多层的早期成岩作用模型,尝试解决这一问题.     

三峡地区埃迪卡拉系陡山沱组帽碳酸盐岩的微量元素和稀土元素研究

三峡地区九龙湾剖面陡山沱组帽碳酸盐岩中氧化还原敏感元素的含量表现出两期明显的富集, 分别出现在帽碳酸盐岩底界以上0.8 和3.3 m附近, 是由于甲烷的渗漏和氧化造成短暂的还原环境. 帽碳酸盐岩中REE+Y配分呈现3种基本形态, 下部2.45 m内显示淡水环境, 与冰期之后的冰融淡水涌入吻合; 帽碳酸盐岩底界之上2.45 ~ 3.3 m可能因为深部海水的上涌混合, 表现出与古海水相似的形态; 在3.3 m以上受成岩作用的影响, 转变为HREE亏损的“帽型”配分形态. 3个阶段REE+Y配分形态的转变展示了冰期后浅海先是以淡水为主导(且因甲烷渗漏氧化出现短暂缺氧), 随着海进和深部海水上涌、淡水融入大洋盆地及后来浅海浮游(微)生物的繁盛, 造成水/沉积物界面附近又缺氧的过程.     

南海南部YSJD-86GC孔沉积物磁性特征及其环境意义

选取位于南海南部的YSJD-86GC(简称86GC)孔沉积物柱状样进行环境磁学研究,结合已发表的年代框架,揭示MIS3阶段以来沉积物的磁学变化特征.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要携磁矿物,同时存在部分赤铁矿.反映磁性颗粒大小的King图和Day图表明沉积物中磁性矿物以细粒伪单畴为主.磁学参数与地球化学指标剖面变化的对比分析表明86GC孔沉积物磁性特征反映的是陆源物质的信息;研究钻孔沉积物的磁学性质同时受陆源物质输入量、物源区的氧化-还原条件及搬运环境和距离等多种因素共同影响.全球气候变化引起的海平面升降是导致研究钻孔沉积物中磁性矿物含量和磁性颗粒大小变化的主要原因,沉积物磁学性质的变化可间接指示本地区的海平面升降.     

中太平洋海山铁锰结核形成环境的地球化学制约

用ICP-Ms法对中太平洋海山6个站位的16个结核样品作了常量元素、微量元素和稀土元素分析, 采用碱熔Te共沉淀预富集和同位素稀释法测定了其中部分样品的铂族元素含量. 用X射线衍射法测定了样品的矿物组成. 结果显示, 中太平洋海山结核的矿物组成和化学成分, 以及主要组分的赋存状态均与水成海山富钴结壳十分接近, 表明样品是水成成因的产物. 与深海结核相比, 海山结核有明显富Fe和Co, 贫Cu和Ni的特征. 中太平洋海山结核可能形成于海山沉积物表面的弱酸性、强氧化环境中. 与富钴结壳相似的产出水深和氧化还原条件是决定海山结核化学成分、矿物成分和元素赋存状态的主要因素; 但因其产出于沉积物-海水界面, 经受了沉积物早期成岩作用的影响, 从而较典型的海山结壳略具向深海结核过渡的特征.     

环境中硒的迁移、微生物转化及纳米硒应用研究进展

硒,人类及动物不可或缺的微量元素之一,在地球化学循环中扮演着重要角色.自然界中的硒通过风化作用从磷化岩、煤矿等富硒源中释放,经沉降、挥发、大气循环、生物作用等方式在生态系统中迁移转化.在众多迁移转化途径中,微生物对硒的转化尤为重要,主要包括异化还原、同化还原、氧化、甲基化和去甲基化5种方式.其中,异化还原是去除环境介质中SeO_4~(2-)及SeO_3~(2-)的主要方式,产物纳米硒(SeNPs)凭借独特的物理化学性质广泛应用于电子、医学、环境修复等领域.然而,关于生物源SeNPs合成的过程调控、机制解析,乃至生物信息学相关研究尚处于初步探索阶段.因此,本文综述了硒在环境中的迁移转化过程,着重阐述了微生物对硒的转化机理,以及生物合成SeNPs在化学传感器、抗癌领域及催化领域的应用,旨在为揭示硒元素的地球化学循环、微生物转化机制,及拓宽生物SeNPs的应用领域提供必要的信息及理论参考.     

南海南部末次冰期浊流沉积的高分辨率沉积学和地球化学研究

通过对南海南部巽他陆坡底部MD05-2895孔末次冰期发育的浊流沉积物进行激光粒度和XRF岩芯元素扫描分析, 试图揭示其沉积学和地球化学特性, 进而对理解浊流形成过程提供帮助. 研究结果显示, 浊流沉积层中的碎屑颗粒粒径比正常深海沉积物有大幅度增加, 在地球化学成分上表现为Si, K, Ti, Fe 等元素异常富集, 表明浊流发生时有大量粗颗粒陆源碎屑物质输入. 显微观察发现, 这些粗颗粒碎屑物质主要由石英、长石、火山玻璃、以及少量含铁含钛重矿物组成, 推断应来源于巽他陆架上部的残留沉积, 可能与末次冰期时古巽他河输送的陆源物质有关. 分析认为这些浊流活动的发生可能与末次冰期时海平面快速变化造成的海岸线大幅移动及沉积物供给不稳定有关, 而在单次浊流活动中浊流沉积物的形成主要是受重力(对不同比重、粒级颗粒的)分选的控制.     

东海潮间带埋藏古木影响下的Fe-S矿物特征

中国东海舟山群岛的潮间带存在一处距今5600年左右的古木堆积层. 对采自该潮间带的新鲜基岩样品、海岸风化壳剖面、海岸带渗滤水系统、埋藏古木渗滤水、潮间带沉积物、潮间带海水、岛上淡水和埋藏古木以及埋藏古木形成的泥炭质等潮间带环境介质进行元素地球化学分析, 对海岸带渗滤水系统中的细菌成因铁氧化物和潮间带沉积物进行了详细的透射电子显微镜-选区电子衍射分析, 并对埋藏古木形成的泥炭质和潮间带海滩泥的无机硫组成及其硫同位素组成进行了测定. 结果显示, 该潮间带环境介质出现了不同程度的Fe, Mn, S (SO^2-₄)富集, 是埋藏古木腐烂发酵对潮间带的Fe-S生物地球化学循环产生影响的结果. 透射电子显微镜-选区电子衍射分析结果不仅证实铁细菌和硫酸盐还原菌在该潮间带环境中的大量存在、参与了Fe-S循环过程, 而且诱导了胞外成矿作用. 潮间带海滩泥中高的铬还原性硫(FeS₂)含量和低的特征δ ³⁴S值(?2.9‰)不仅可能指示了潮间带沉积物中大量硫酸盐还原菌的存在, 而且可能显示其中的铁硫矿物是在高的硫酸盐还原速率条件下形成的. 本研究对于深刻认识潮间带、河口和近海岸带等高有机质累积速率和高硫酸盐还原速率条件下Fe-S生物地球化学循环和生物成矿特征具有重要的意义.     

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征, 结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系, 讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程. 结果表明, 沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势, 而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致, 这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高, 使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力, 从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关, 也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧, 促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关. 沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化, 能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响, 表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况, 对古气候和古环境变化具有指示意义.     

有机氯脱氯转化的铁还原菌与铁氧化物界面的交互反应

脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis, S12)是一株异化铁还原菌, 在厌氧条件下能够以三价铁(Fe(Ⅲ))为末端电子受体, 将其还原成亚铁(Fe(Ⅱ)). 本研究以脱色希瓦氏菌、铁氧化物(a- FeOOH)与有机氯(三氯甲烷和五氯酚)三者为基本要素, 构建了一个有机氯脱氯转化的铁还原菌-针铁矿界面交互反应体系. 结果表明, S12对照体系的直接脱氯效果较弱, a-FeOOH非生物体系具有一定的脱氯效果, S12+a-FeOOH交互反应体系的脱氯转化动力学显著提高. 体系中铁物种浓度的变化和氧化还原性能的表征结果显示, 铁还原菌S12促进界面脱氯转化的主要原因是S12能够有效促进吸附态Fe(Ⅱ)的生成, 并持续提高体系的还原能力. 这些结果将为铁还原菌-铁氧化物界面可还原性毒害物的脱毒转化研究提供借鉴.     

甲烷厌氧氧化作用:来自珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水的地球化学证据

对珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水中甲烷、硫酸盐、CH4-δ ¹³C和SCO2-δ ¹³C的地球化学参数垂直剖面特征的研究结果显示: 甲烷浓度梯度在硫酸盐还原带底部急剧增大, 而间隙水硫酸盐浓度随深度呈线性降低; 在硫酸盐-甲烷转换带(SMT)中, 甲烷碳同位素逐渐变重, 并引起间隙水SCO₂-δ ¹³C值变为极负.间隙水地球化学参数的变化特征提供了该区域沉积物中存在AOM作用的证据.根据数学模型计算出的三个站位甲烷厌氧氧化速率和硫酸盐还原速率, 可知AOM消耗的硫酸盐占总硫酸盐损耗的比例分别为9.0%, 84%和45.5%, 对应的AOM产生的ΣCO₂占总CO₂的比例分别为4.7%, 72.4%和29.45%.有机质的输入量的大小影响沉积物底部甲烷浓度、扩散通量及SMT分布.较高的有机质输入量一方面有利于加速间隙水硫酸盐通过有机质矿化分解作用损耗, 另一方面引起进入SMT的甲烷扩散通量增大, 使得AOM过程硫酸盐的消耗量相应增大, 结果造成SMT向沉积物表层上移.     

西藏纳木错全新世沉积物的环境磁学参数变化机理

青藏高原的高分辨环境记录对于理解全球气候与环境变化至关重要.湖泊沉积物的磁学参数能够记录沉积环境和古气候信息.纳木错是西南季风过渡区大湖的典型代表,前人在该湖开展了大量地球化学、微体化石、沉积学和生物化学分析,极大地推动了该区古气候环境的重建工作.但迄今为止,还缺乏对纳木错湖泊沉积物系统的环境磁学研究.因此,本文选取纳木错湖芯NC08/01孔全新世以来(11.3calkaBP)的湖泊沉积物进行详细的岩石磁学与环境磁学研究,结合地球化学指标,在明确的气候背景下探讨该湖沉积物磁性参数的变化机制.结果表明,纳木错全新世沉积物的磁性参数受到陆源磁性矿物输入、还原溶解作用和磁细菌活动的共同影响.根据各磁学参数系统的变化趋势,可将该研究段样品分为3段:第Ⅰ段(236～199cm,11.3～7.8calkaBP)主要载磁矿物为粗颗粒磁铁矿,粒度均一,含量较高,并与Ti含量呈正相关关系,指示该段磁性矿物受后期溶解作用影响较小,其含量主要反映物源输入信息;第Ⅱ段(198～102cm,7.8～2.1calkaBP),磁性矿物颗粒变细,含量明显降低.在该段,湖面下降,水动力减小,进而输入的磁性矿物粒径也减小,容易受到后期溶解作用的影响;第Ⅲ段(101～0cm,2.1～0calkaBP),磁性矿物以生物成因单畴磁铁矿和陆源碎屑成因磁铁矿为主,磁性颗粒含量的变化与Ti含量不相关.以上结果表明,在弱还原环境中,湖泊沉积物磁性矿物的保存状态及磁学性质与其初始粒径密切相关.通过对磁性矿物信息的系统研究(包括粒径和含量变化等)并结合陆源输入指标(如Ti含量),能够较为准确地反映湖泊环境氧化还原程度的变化.以上结果为正确解译该湖沉积物的环境磁学指标提供了基础.     

高锰钢的价电子结构及其本质特性

合金元素在固溶体中以C—Me形式呈短程有序偏聚分布的理论研究近年来取得了一定进展.这一理论已从电子探针和Mossbauer谱等实验中得到了证明.本文采用EET理论对高锰钢的价电子结构进行计算,并结合我们近期的研究结果,试图从电子层次上揭示高锰钢异常高的奥氏体稳定性、冲击韧度、加工硬化能力和抗冲击耐磨性等特性的本质原因.1 高锰钢的价电子结构高锰钢(C原子质量分数为1.2%,Mn原子质量分数为12%)奥氏体是由C原子溶入面心立方结构的γ-Fe的八面体间隙,Mn原子置换Fe原子而形成的Fe—Mn—C合金固溶体.计算表明,平均约3～4个奥氏体晶胞中含有1个C原子,2个奥氏体晶胞中含有1个Mn原子.M(?)ssbauer谱测定结果证明,高锰钢中含C奥氏体占35%,无C奥氏体占65%.电子探针分析结果证明,C,Mn原子在高锰钢奥氏体中均呈微观不均匀分布,且富C处亦富Mn,贫C处亦贫Mn.按文献[4,5]的思想和上述结果可以认为,高锰钢奥氏体是由不含C晶胞、含C晶胞和含C—Mn晶胞堆垛而成.利用余瑞璜的固体与分子经验电子理论计算得到的各类晶胞的价电子结构主要数据汇总于表1.其中C—C、Fe—Fe、Fe—Mn原子之间的最大共价电子对数n_A值均在0.0053～0.3299之间.由计算结果可见,在所有原子组合当中,C—Mn(n_A~(C—Mn=1.2078)和C—Fe~f(n_A(C—F     

中元古代海洋生物碳泵:有机质来源、降解与富集

碳循环是生命改造地球的最主要途径.海洋是地球上最大的活跃碳库,其储碳-释碳的异常波动对地球表层系统演化具有革命性影响.然而,中元古代无机碳同位素的相对稳定表明,地球碳循环达到了一个相对平衡的状态.因此,研究中元古代海洋中由微生物主导的碳循环对于我们认识地球宜居演化具有重要意义.本文从有机质来源、降解与富集等方面论证了中元古代海洋生物碳泵的主要地球化学过程,提出初始有机质来自以蓝细菌为主的多源生物,有机质降解有反硝化细菌、铁还原菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等多种微生物参与.以中元古界下马岭组为例,定量分析了受初级生产水平和水体氧化还原程度控制的微生物降解作用及降解程度,估算14亿年前的海洋惰性可溶碳库增储可能达1000×10¹²～2500×10¹²t,仅燕辽盆地埋藏的有机碳就达6000×10⁸t.最后,本文讨论了磷、铁供给对海洋碳循环的重要控制作用,提出未来开展高精度沉积地球化学解析和多元素循环精细建模研究的必要性.     

固氮酶Fe中心模型化合物的合成、结构和催化活性的研究

1981年,忻新泉等人,从配位化学的角度出发,提出了固氮酶双中心作用机制。认为在固氮酶中Fe原子是吸附活化底物的中心,它与由Mo—Fe—S簇化合构成的还原中心协同作用完成底物的还原过程。为了论证Fe是吸附活化中心,我们合成了含有铁硫的原子簇化合物,作为模拟体系,并进行了催化活性的研究。本文报道新型[(C_2H_5)_4N]_4[Fe_6S_9(SCH_2CH_2OH)Cl]簇合物的合成、结构和催化活性的研究。     

基于高铁酸盐的水污染控制技术研究进展

高铁酸盐(FeO_4~(2-), Fe(Ⅵ))是一种同时具有氧化、吸附、絮凝、杀菌、消毒等多种功能的绿色水处理剂,因独特的环境友好特性而受到人们越来越多的关注.本文主要介绍了Fe(Ⅵ)的氧化特性及机理,综述了近年来基于Fe(Ⅵ)的水处理技术研究进展,包括Fe(Ⅵ)氧化新兴有机污染物及强化方面的研究、Fe(Ⅵ)杀菌消毒作用及其氧化过程中消毒副产物生成情况、Fe(Ⅵ)氧化和自分解产生的新生态铁氧化物的特性及其去除重(类)金属的机理,并对未来的研究方向和发展趋势进行了展望.     

湖泊底泥疏浚对内源释放影响的过程与机理

对城郊污染湖泊五里湖和玄武湖底泥疏浚前后内源负荷模拟研究和现场样品采集分析表明, 疏浚可在短期内使内源污染负荷得到一定程度的抑制, 由于疏浚方法所造成的疏浚质量差异将对底泥内源控制效果产生影响; 随着颗粒沉降、动力扰动和生物转化等生物地球化学过程的持续作用, 内源回复现象将有可能逐步出现, 其回复的速度主要与疏浚方式、新生表层界面过程变化有关, 沉积物中较高的营养物和有机物含量本底对底泥界面过程和营养物再生起促进作用. 浚前研究污染湖泊底泥物化、生物特性和底泥释放特征, 对确定污染湖泊底泥疏浚方式和预测疏浚效果等极其重要.