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.     

云南星云湖现代盘星藻与湖泊水深关系及其化石记录的探讨

盘星藻化石在我国第四纪湖相地层中频繁出现,但其在第四纪古环境研究中的指示意义存在较大的争议.一些研究认为盘星藻大量的出现代表了湖泊变浅,一些研究则认为盘星藻主要集中在湖泊水深较大的区域.本文对位于云南中部的星云湖现代水样和湖床表层沉积物样品中盘星藻的分布状态进行调查研究,结果显示湖面水体中盘星藻浓度在水平方向上随水深基本没有变化,在垂直方向上盘星藻在湖水底部浓度最大,推测可能与盘星藻重力沉降及波浪扰动底泥产生的再沉积作用有关;湖床表层沉积物中盘星藻含量与水深无明显关系.初步认为,在一些较大湖泊的沉积物中,盘星藻的分布与水深的关系可能是沉积过程造成的,较大湖泊中风浪的作用使得盘星藻趋中沉积非常明显;而湖水中是否有大量盘星藻生长可能与河流输入、水体营养化状态、水温、p H、盐度等水环境状态有关.不同区域、不同类型的湖泊可能机制并不一样,没有统一的规律.因此,在第四纪古环境研究中将盘星藻含量作为水深的指标需结合其他指标综合分析.星云湖过去3000年化石盘星藻含量的变化与沉积物粒度和磁化率指示的区域人类活动强度变化趋势一致,且更敏感地响应了人类活动导致的湖泊水体富营养化过程.     

东菲律宾海沉积物的地球化学特征与物质来源

通过对东菲律宾海近代深海黏土沉积物粒度、稀土元素组成及其赋存状态和铀系同位素年代学的综合研究, 探讨了研究区沉积物的特征与物质来源. 主要结论包括: (1) 沉积速率低、分选性和磨圆度较差、细粉砂以上粒级含量高, 表明研究区沉积物物源相对匮乏且没有经过长途搬运. (2) 稀土元素总量较为富集, 其页岩标准化配分模式具有较弱的重稀土富集、不同程度的Ce负异常和Eu正异常特征. (3) 有无结壳发育站位沉积物中稀土元素的赋存状态特征较一致, 主要赋存于残渣态和铁锰氧化物态中. 残渣态表现出轻稀土元素的相对富集、Ce和Eu的正异常特征; 而在铁锰氧化物态中, 重稀土元素则相对富集, Ce呈负异常. (4) 有无结壳站位沉积物在上述各指标间均存在一定的差异. (5) 综合上述特征及源区判别分析, 认为所研究沉积物主要来自于当地及附近火山物质的蚀变, 同时也受较小程度的风尘和(或)河(洋)流输入陆源物质的影响.     

氧吸附金刚石(100)表面的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一原理方法, 计算了桥接型和顶接型氧吸附金刚石(100)表面的平衡态几何结构和电子结构. 结果表明, 桥接型氧吸附金刚石(100)表面带隙中不存在表面态, 价带中的占据态主要由O 2p未成键轨道和C—O轨道、C—H轨道作用诱发, 而顶接型氧吸附金刚石(100)表面带隙中存在未占据态, 来源于C 2p和O 2p的未成键轨道, 价带中占据态则由O 2p未成键轨道和C=O p键诱发.     

多溴联苯醚(PBDEs)在珠江口水体中的分布与分配

对珠江口水体溶解相及颗粒相多溴联苯醚(PBDEs)的时空、垂向分布及其在两相间的分配进行了初步研究. 结果表明, PBDEs 在水体中的分布随采样季节的变化显示出明显的差异性. 5月以冲淡海水为主的水体PBDEs浓度明显低于10月以新输入河流淡水为主的水体PBDEs浓度. 10月样品的空间分布表明河流径流输入是伶仃洋内PBDEs的主要来源, 其中溶解有机碳含量可能是水体中PBDEs含量的主要控制因素. 5月冲淡海水PBDEs的空间和垂向分布相对均一, 颗粒物含量是水体中PBDEs含量的主要控制因素. 溶解有机碳含量、颗粒态有机碳含量对PBDE在两相中的分布与分配都有一定作用, 但随水体性质不同存在一定差异.     

磷溶液浓度与针铁矿表面吸附磷的化学状态

磷是植物生长的三要素之一,铁、铝氧化物对磷的固定是可变电荷土壤中磷有效性低的主要原因.对有关机理的研究限于从平衡吸附、追加吸附和解吸等常规的化学分析,结合氧化铁表面羟基类型和测定电荷量进行,认为磷酸盐的浓度影响着铁、铝氧化物对磷吸附的牢固程度及其结合方式,高浓度时,氧化铁与磷形成单核(基)配合物,易于解吸;低浓度时,则形成双核(基)配合物,难以解吸.但就不同浓度磷酸根在铁、铝氧化物表面化学状态的直接     

固城湖沉积物中的结合态有机类脂化合物

生物专属性与在早期成岩作用过程中的稳定性是反映古气候古环境变化的生物标志化合物的重要属性。内陆湖泊沉积物中的沉积有机质来源广泛,大量陆源碎屑有机质的输入,以及有机质在早期成岩作用过程中发生的变化,使其组成趋于复杂化,一些生物标志化合物的生源指征意义也变得模糊起来。除游离有机类脂质外,在沉积物中尚可分离出以化学键（酯键、酰胺键、醚键等）结合于有机大分子中的结合态有机类脂质,其组成、来源及早期成岩变化与游离有机类脂质有所不同。本文对固城湖沉积物中呈酯键和呈酰胺键结合的有机类脂     

土壤中四溴双酚A不可提取态残留的降解转化

四溴双酚A(tetrabromobisphenol A, TBBPA)在各种氧化还原状态土壤中均可形成大量的不可提取态残留(nonextractable residues, TBBPA-NER).然而TBBPA-NER在环境中的稳定性和生物可利用性目前还鲜见报道.本研究以TBBPA在淹水条件和有氧条件下分别形成的不可提取态残留(即flooded-nonextractable residues, F-NER和oxicnonextractable residues, O-NER)为研究对象,分析了有氧条件下F-NER的归趋,以及土壤氧化还原状态改变下, FNER和O-NER环境行为的差异;同时研究了水稻根系分泌物对上述过程的影响.结果显示,有氧条件连续培养231 d中, F-NER在土壤中发生了缓慢的生物转化.尽管F-NER在土壤中释放出的可提取态量很低(1%～6%),但是矿化10%,且酯键和醚键结合部分有所消减.土壤氧化还原状态的改变(即0～50 d有氧, 50～103 d淹水, 103～231 d有氧)对F-NER的矿化影响很小;而TBBPA-NER在土壤中的降解转化受形成条件影响较大,表现为有氧-淹水-有氧培养下F-NER的矿化量,以及释放量均显著高于O-NER. F-NER受环境因素的影响更大,水稻根系分泌物抑制了FNER在有氧环境下的矿化,而淹水条件促进了F-NER的释放产物在土壤中的累积.结果证明,土壤中添加根系分泌物以及氧化还原状态转变等,在不同程度上影响了两种NER在土壤中的生物转化.     

海陆相活性铁埋藏研究进展及其对松辽盆地烃源岩成因的启示

陆相烃源岩提供了中国主要的油气资源,但是其成因机制的研究显得尤为薄弱。近年来对海相烃源岩成因机制的研究表明,海洋沉积物中活性铁的埋藏对海相烃源岩中有机碳的埋藏起到了重要的调节和控制作用。通过对湖泊中铁循环及其生物地球化学效应进行回顾,指出湖泊沉积物中铁埋藏过程与海洋中类似,同样受到硫酸盐还原作用的影响,并引起营养盐(主要是磷)的大规模释放,从而使得湖泊处于富营养状态,有利于湖泊有机碳的生产和埋藏。松辽盆地在其发展过程中受 到海侵作用的影响,因此该过程可能对松辽优质烃源岩的形成发挥了重要作用。     

风浪扰动引起大型浅水湖泊内源磷暴发性释放的直接证据

在太湖水温最低的一周, 野外观测了太湖大风浪过程和静风期间水体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总溶解性磷(DTP)、反应性活性磷(SRP)的含量及悬浮物中有机质(LOI)和藻类可利用磷(AAP)的含量变化. 所观测的2004年1月23, 24, 26和30日的风速分别为8, 12, 0和0 m/s. 结果表明, 23日8 m/s的风速持续1 h以后, 水体SS平均含量达258mg/L, 24日大风浪持续一天后并且风速增至12m/s时, 水体SS含量也增至507mg/L, 当风速减弱到2m/s以下持续半天后, 26日水体SS含量降至51mg/L, 而继续保持静风5天后, 30日水体SS含量又降至21mg/L. 说明8m/s以上的风速可以引起太湖沉积物的大量悬浮, 且悬浮量随风力的增加而增加. 伴随着底泥的大量悬浮, 大风浪期间的23和24日水体TP, DTP和SRP含量分别达0.210, 0.048, 0.035, 0.299, 0.054及0.026 mg/L, 而静风期的30日则分别为0.076, 0.045和0.017 mg/L, 说明风浪扰动引起的底泥悬浮也引起了内源磷的暴发性释放. 风浪引起的水体SRP含量变化可达100%. 另外, 23, 24和26日水体悬浮物中的AAP含量分别为132, 97和226 mg/kg. 大风浪也带入水体大量的AAP. 据此观测结果估算, 一次风浪过程可以增加水体987t的TP和80t的SRP以及167t的AAP. 太湖地区每年出现风速大于8 m/s且保持1 h以上的天数多达125天, 如此高的大风浪扰动频率, 势必使得水动力扰动成为太湖水体内源磷释放的主要方式, 对水体蓝藻水华暴发前营养盐的供给产生重要作用.     

水中磺胺二甲基嘧啶与ROS的光氧化反应动力学与转化途径

磺胺类抗生素(SAs)是水环境中普遍存在的新型污染物,光降解是其在表层水体中的重要消减途径,而SAs不同解离形态的光化学转化却鲜有报道.本研究以磺胺二甲基嘧啶(SMZ)为模型化合物,考察了3种解离形态与羟基自由基(·OH)、单线态氧(~1O_2)的光氧化反应动力学,比较了活性氧物种(ROS)光氧化和直接光解的产物、途径,评估了相应的环境归宿和贡献.竞争动力学实验结果表明,3种解离形态SMZ与ROS的光氧化反应活性不同,由阳离子态到阴离子态依次增强,并且不同解离形态SMZ与~1O_2的反应活性具有数量级的差别.在天然水p H6.0~9.0范围内,SMZ与·OH反应的最小环境半减期为21.17~32.12 h,~1O_2反应的最小环境半减期为0.06~1.06 h.相对于直接光解和·OH氧化反应,SMZ的~1O_2氧化对其为表层水体中光化学归趋作用最大.通过固相萃取(SPE)富集及Agilent 6410B三重串联四极杆液质联用仪(LC-MS-MS)分析,鉴定了SMZ与ROS反应的主要产物.~1O_2氧化、·OH氧化及直接光解反应生成了不同的产物,表现为不同的反应途径.~1O_2氧化产物较为单一,而·OH氧化产物较为丰富,主要为4种不同位置的羟基化产物.以上结果对于深入理解表层水体中该类抗生素污染物不同解离形态的复合光化学行为具有重要意义.     

基质结合态磷化氢: 胶州湾沉积物中新发现的一种磷化物存在形式

2001年12月份在我国胶州湾东北部沉积物中检测出磷化物的一种新的存在形式－－基质结合态磷化氢，并对其含量、分布等进行了分析和研究。发现其浓度随沉积物取样深度和站位的不同而变化，通常底层沉积物磷化氢含量高于表层沉积物，PH3最高浓度可达685ng/kg(干重），远远高于目前文献所报道的在湖泊、稻田、垃圾场等陆源中基质结合态磷化氢的浓度。相关分析表明，该磷化氢浓度与沉积物无机磷浓度没有明显的相关性，与沉积物底层有机磷浓度具有较好的线性相关性，R^2达0．83，胶州湾沉积物中的磷化氢主要来源于厌氧环境下的有机磷化合物分解，其含量与有机磷浓度和厌氧环境有关。     

珊瑚礁区沉积物的极低放射性水平特征与成因

海洋沉积物作为放射性核素的归宿,在全球不同海区均有沉积物放射性核素的研究报道,然而珊瑚礁区却极少报道.本研究选取南海的岸礁和环礁两种类型的珊瑚礁区,采样站位跨越~1500 km(14°),系统开展南海9个不同珊瑚礁区沉积物中放射性核素研究.对比不同海区沉积物的放射性水平,本研究发现珊瑚礁区沉积物的总放射性水平(等当量镭指数)只有其他海区沉积物和全球土壤总放射性水平的1%~10%,环礁沉积物等当量镭指数平均值(3.97 Bq/kg)不到全球土壤平均值(108.70 Bq/kg)的5%,珊瑚礁区沉积物具有极低的总放射性水平特征.珊瑚礁区的沉积物同时具有低~(40)K、低~(226)Ra和~(228)Ra、低~(226)Ra/~(238)U活度比值的三大特征,该特征源于珊瑚礁区的生物矿化-破碎风化而形成的生源沉积物,显著不同于其他海区的岩石土壤风化-搬运而形成的陆源沉积物.这些特征可以作为新的地球化学指标,对传统元素(Al和Ti)、稀土元素、矿物组成等手段进行有益的补充,指示珊瑚礁区水体悬浮物/沉积物中不同物质来源的贡献.     

湖盆水下冲积扇——一个找油的新领域

近年来,在我国东部地区一些第三纪的断陷湖盆中发现了一种主要由粗粒碎屑沉积物组成的水下扇形体.这种水下扇形体是由近源的洪水携带大量陆源碎屑直接入湖而形成的.当含有大量负载的洪水进入湖盆时,除具有密度流的特性外,仍然表现出一定的冲积性质.因此,我们把它称为水下冲积扇,以便区别于深海盆地中所发育的海底扇.目前,在泌阳和黄骅拗陷下第三系的这类沉积物中已发现丰富的油气资源,它可能为找油提供一个新的领域.因此水下冲积扇的研究具有重要的理论和实际意义.     

再悬浮持续时间对沉积物中PAHs释放的影响

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是环境中广泛存在的一类有机污染物, 溶解度低, 疏水性强, 容易被颗粒物吸附, 并随其在沉积物中积累. 蓄积在沉积物中的PAHs在沉积物再悬浮过程中会重新释放进入水体, 造成二次污染. 为了考察再悬浮持续时间对沉积物中PAHs释放的影响, 采用沉积物再悬浮模拟装置在0.2和0.5 N/m²剪应力的水动力条件下对长江武汉段沉积物再悬浮过程中PAHs的释放进行了研究. 结果表明, 随着再悬浮过程的持续, 总悬浮颗粒物中PAHs浓度增加, 0.5 N/m²下(37%) ∑PAHs浓度增幅较0.2 N/m² (30%)大, 菲及四环PAHs的增幅较其他11种PAHs大; 上覆水体PAHs浓度不断增高, 0.5 N/m² (50%)下∑PAHs浓度增幅大于0.2 N/m² (43%), 二环三环PAHs (50%~88%) 增幅大于四环PAHs的增幅(20%~44%); 水体中PAHs浓度超过世界卫生组织规定的PAHs饮用水标准, 存在健康风险.     

压力作用下Cassie状态的热力学稳定性

维持Cassie状态在压力作用下的稳定性在超疏水材料的实际应用中极其重要.通过将超疏水界面中的液-气界面部分规范为具有自适应性的曲面,建立了柱状阵列微结构的超疏水界面模型,研究了压力作用下Cassie状态的热力学稳定性.结果表明,由于微凸起结构之间悬挂液面能量的不同,Cassie状态有基态、低能态和高能态3种形式;压力驱动Cassie状态由基态向高能态转变过程中界面能量的升高会形成界面能量势垒,这一能量势垒决定了Cassie状态的热力学稳定性并阻碍Cassie状态向过渡态转变.界面能量势垒由前进接触角和界面中固-液接触面积分数决定,因此低表面能物质、分级结构、较低的固-液接触面积分数均可提高界面能量势垒,维持Cassie状态的稳定性.细化微结构尺寸能够降低Cassie状态的界面自由能,从而避免高能Cassie状态的出现和崩溃.     

太湖沉积物再悬浮观测

为了揭示大型浅水湖泊沉积物的再悬浮强度, 利用高精度分层同步采样技术, 进行了太湖的悬浮物垂向分布的原位观测. 结果表明, 在无风浪状态下, 用表层悬浮物浓度计算整个水柱的悬浮物总量时, 其结果常常为实际值的80% ~ 85%; 而在风浪状态, 底层水体悬浮物浓度与表层有数量级的差异, 用表层悬浮物浓度计算整个水柱的悬浮物总量时, 误差更大, 其结果多为实际值的50%. 一般条件下, 风浪扰动沉积物再悬浮的厚度较小, 为毫米量级.     

南黄海悬浮体和沉积物的物质来源和运移:来自碳稳定同位素组成的证据

利用1998年5月航次中所采集的南黄海海域7个断面、67个站位、5个层次的284个悬浮体样品和64个底质沉积物样品, 分析测定了样品的悬浮体浓度和悬浮体与底质沉积物中的有机碳稳定同位素组成, 以研究悬浮体和沉积物的物质来源和运移过程. 由悬浮体浓度和颗粒有机碳δ ¹³C值的分布特征分析得出了南黄海沉积物搬运的主要格局. 由此格局可以认定, 在陆源物质向南黄海中部深水区的输送过程中底层起着比表层更为重要的作用. 黄海环流是决定南黄海沉积物搬运格局的一个重要控制因素. 由沉积有机质的碳同位素信号证实, 山东水下三角洲高沉积速率沉积物的主要物质来源是现代黄河物质. 在南黄海深水区的陆源沉积物主要来自废黄河物质和现代黄河物质, 现代长江物质所占比例相对较少. 来自朝鲜半岛的陆源物质其数量和影响范围都是有限的. 由悬浮体和碳稳定同位素得出的结论得到了另一个独立的物源指示剂——多环芳烃的进一步证明.     

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.     

长江三角洲晚新生代沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及其对长江贯通的指示

对长江三角洲DY03孔3.6 Ma以来的沉积物碎屑锆石样品利用LA-ICP-MS进行了U-Pb年龄测定. 结果表明, DY03孔189.8～215.8 m 之间(磁性地层年龄3.2～3.5 Ma)沉积物碎屑锆石年龄以100～150 Ma占优势, 沉积物主要来自长江下游地区的白垩纪岩体, 物源区比较局限; 189.8 m(~3.2 Ma)以上沉积物碎屑锆石年龄呈现多峰态分布的特征, 主要分布于100～300, 350～550, 600～1000, 1400～2000和2200～2800 Ma, 表明沉积物源区显著扩大. 从DY03孔3.2 Ma以来沉积物碎屑锆石中识别出大量来自长江上游的年龄信息, 表明当时长江沉积物已开始影响到三角洲地区. 考虑到古长江在上新世以前有可能没有流经现在的长江三角洲,而是流向苏北盆地, 长江贯通的时限应不晚于3.2 Ma.