古玉器的化学风化机理初探之二——块状模拟实验

在前文粉末态模拟实验基础上,初步模拟古玉埋藏的酸性以及碱性环境,通过对不同材质玉料的块状形态在酸、碱缓冲溶液中的浸泡实验,并与粉末态玉料的浸泡结果进行对比分析,以深化对古玉器风化机理的认识。     

原生与风化胶磷矿和白云石的表面化学特征及比较研究

对不同磷矿样品中的白云石表面结构进行XPS分析,以揭示碳、氧、铁、氟、钙、镁等元素在它们表面结构中的存在形态及其差异,并系统研究磷块岩中白云石和胶磷矿矿物表面化学特征。实验表明:矿物表面和整体之间在化学成分、状态和结构等方面存在明显差异,矿物表面的非均匀性特征是其表面化学反应的重要因素。矿物表面的XPS分析反映出矿物表面化学特征。C元素含量变化:原生磷块岩中白云石49.59%,风化磷矿39.92%显示降低;原生磷块岩中胶磷矿24.67%;风化磷矿中33.42%~37.76%,含量表现升高。其原因是风化过程中白云石被弱酸溶解,酸解过程中产生CO_2,故白云石中的C元素降低。针对白云石和胶磷矿表面性质的差异,在风化过程中,白云石较胶磷矿更易于风化的表面及分子结构差异,其风化溶解作用是造成磷矿风化矿表面结构疏松及其P_2O_5及稀土含量增加,土壤中氟元素活化迁移和污染的重要机理。     

岩性不均一的灰岩风化壳发育特征——贵阳花溪剖面粒度分布特征的指示

通过贵阳花溪夹泥质薄层的灰岩风化壳剖面的粒度分布特征的研究,结合矿物成分分析,揭示出岩性不均一的灰岩风化壳的发育特征: 灰岩作为剖面主体的成土母岩,风化早期,其以碳酸盐矿物的大量溶蚀及酸不溶物的残余积累为特征,同时方解石的溶解也延缓了酸不溶物的风化; 后期,随着易溶盐类消失殆尽,酸不溶物作为风化主体,开始了类似其它岩类的风化过程。而灰岩中的泥质薄层夹层,作为风化壳的次要组分,在灰岩风化过程中,由于存在巨大的体积缩小变化,泥质薄层被错断并被灰岩的风化产物所包裹,延缓了其风化发育进程。于是,各端元组分由于所处的微环境的差异,受风化溶液的影响程度不同,按照各自的风化方向和演化方式进行。随着风化程度不断增强,泥质薄片的包裹体分解,端元组分逐渐混合、趋同,风化壳趋于均质化,以统一的风化成土作用向表生稳定的矿物转变。      

砂岩储层次生孔隙形成机制的研究进展

砂岩中次生孔隙的形成与长石在埋藏成岩过程中溶解或转化密切相关,形成有丰富的可溶矿物、酸性流体和水、有利的迁移条件。通过对砂岩中长石溶蚀的研究发现,相比钙长石和钠长石,钾长石的溶解速率最慢,也是次生孔隙得以保存的最主要矿物。而对于长石溶蚀的酸性流体来源中CO2主要来源为:是大气水中溶解的CO2、有机酸脱羧酸形成的CO2以及碳酸盐分解;有机酸的来源主要为:有机质热演化过程中形成的短链酸,泥质转变而来以及烃类氧化反应所产生。     

硅酸盐细菌代谢产物影响斜长石风化作用的模拟试验

实验选用一株硅酸盐细菌,研究了实验条件下该菌株所产生的代谢产物对斜长石的分解与脱硅、铝的作用。通过检测不同风化培养基中代谢产物的种类与浓度、代谢产物与矿物相互作用过程中释放矿物中硅、铝的含量以及矿物晶体结构的变化,研究该菌株代谢产物对斜长石的风化过程和作用机制。结果表明:该菌株在不同的培养基中均会分泌氨基酸、有机酸与多糖等代谢产物,其中,在矿物风化培养基中菌株的代谢能力明显要高于无矿物培养基;各种代谢产物均对斜长石有一定的风化作用,多糖对矿物的分解作用最为明显,各代谢产物的混合物对斜长石的分解能力要高于各自代谢产物对矿物的分解能力。分析认为三种代谢产物的混合物在风化矿物的过程中具有一定的协同作用。     

地壳风化速率研究综述

地壳风化速率研究的理论基础是质量守恒原理和溶液与矿物反应动力学法则。元素在风化过程中的行为受多种因素控制，主要包括基岩风化量、大气沉降量、径流量、生物的输出数量和人为输入量（如施肥）。硅酸盐矿物化学风化过程中，矿物与溶液之间总的化学反应速率是单个反应速率之和，其中涉及到 3个关键参数，即：酸中和能力（ANC）、基本阳离子/无机铝（BC/Al无机）比值和临界负荷（CL）。风化速率的研究主要采用四种方法，即PROFILE模型、基本阳离子损耗、元素输入-输出指数和Sr同位素比值等。PROFILE模型是一个稳定态的综合土壤化学模型，矿物的分解速率、矿物的暴露表面积、土壤水饱和度和土壤层厚度决定着该矿物的风化速率，总的风化速率为各种矿物的风化速率之和。元素损耗，主要是基本阳离子（Ca、Na、K和Mg）的损耗，假设Ti、 Zr和Nb在成土过程中含量稳定并不参与风化反应，那么对于给定的土壤层，化学风化损耗的基本阳离子可以通过比较土层与成土母质之间元素组成的差异来计算。输入-输出指数的假设前提是研究的流域处于稳定状态，一般认为输入指数是大气沉降，输出指数是河流搬运溶解部分、悬浮的非岩屑成因部分和生物营养净吸收部分。Sr同位素在生物和化学作用过程中并不分馏，不同生态系统阳离子场中Sr同位素组成是大气和矿物风化来源的Sr的混合物。     

硅酸盐细菌与硅酸盐矿物相互作用产物研究

有关微乍物对硅酸盐矿物的风化作用,前人做了大量研究,并对其作用机理提出了酸解、络解、酶解、碱解、夹膜吸收、胞外多糖形成和氧化还原作用等多种观点,这些观点都有一定的合理性,但也存在一定的局限性,缺乏足够的实验证据,不能完全解释矿物的微生物风化过程和机理.     

碳酸盐倒退溶解模式的化学热力学基础——与H_2S有关的溶解介质及其与CO_2的对比

以化学热力学中的吉布斯自由能增量为基础,计算了与H2S(g)/ H2S(aq) /HS-/ H+/S2-系统有关反应在不同温度下的平衡常数,同时根据方解石和白云石在酸性条件下的溶解过程,获得了这两种碳酸盐矿物溶解过程中地层中流体pH值与PCO2、地层压力和埋藏深度的关系。在此基础上,对比了从地表到深埋藏的温度和压力条件下,与CO2和H2S有关的酸性介质对流体\[H+\]贡献的差异性,以及对于碳酸盐溶解作用的差异性。计算结果表明:1）无论以CO2还是以H2S作为溶解介质,温度增加和（或）PCO2增加,都会造成方解石和白云石溶解所需要的\[H+\]增加,在深埋藏相对高温和高压条件下,高PCO2条件会使得碳酸盐矿物的溶解更加困难,如果\[H+\]受到缓冲,CO2的增加不仅不能造成碳酸盐矿物的溶解,反而会造成碳酸盐矿物的沉淀;2）无论在何种酸性介质中,碳酸盐矿物的倒退溶解模式在化学上都是成立的,低温的成岩环境,深部地层中高温流体的向上运移、构造抬升所造成的温度降低（-ΔT）都会提高H2S和（或）CO2流体（也包括其它酸性介质）对碳酸盐矿物溶解能力;3）在地表和近地表条件下（几百米深度范围内）,在同时存在CO2和H2S的环境中,CO2对应酸的电离提供的\[H+\]略多于H2S对应酸的电离,与CO2有关的酸性流体对碳酸盐矿物溶解相对重要,而在深埋藏条件下、尤其是深度大于4 000 m的深埋藏地层中,H2S对应酸的电离提供的\[H+\]显著大于CO2,其对碳酸盐矿物的溶解更为重要,在存在硫酸盐还原作用的深埋藏地层中,碳酸盐的深部溶解作用会更为发育,这可能是川东北地区深埋藏条件下次生孔隙发育的重要原因之一。     

长石微生物风化作用的研究现状与展望

矿物—微生物相互作用是地球表生环境下重要的地质作用类型,由于硅酸盐矿物的微生物风化影响着地球物质循环及地貌的形成和演变,尤其受到地质地球化学领域的关注。作为地球表层分布最广的硅酸盐矿物类型,长石在风化分解过程中,微生物通常会以流体模式、生物膜及真菌菌丝等方式与矿物表面发生作用。而长石在微生物作用下的分解机制主要包括质子交换和配体络合作用。微生物生理活动、微生物及代谢产物种类、生长条件,以及长石的种类、结构、成分及表面特征等均会影响其风化速率和风化程度。由于长石在硅酸盐矿物中的代表性,因此对长石—微生物作用模式、机理、影响因素等方面的研究,可以大大促进硅酸盐的微生物地质学的发展。     

斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展过程

非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展是斜坡灾害孕育过程中的关键环节之一。到目前为止,化学风化领域的研究成果主要集中在高水-岩比的饱和环境下单矿物及矿物成分单一的碳酸盐岩的风化动力学方面,非饱和环境下的岩石风化研究还主要限于风化产物的特性描述方面。斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋扩展是一种高度复杂的THMC过程。由于在溶解对象、溶解液及溶解过程的水动力-水化学环境等方面存在的显著差异,既有的地质材料风化动力学成果为探索这一复杂过程提供了理论储备,但还不能阐明其核心机理。斜坡非饱和带低渗透岩石结构体风化前锋的扩展过程研究不仅可以加深人们对斜坡灾害孕育的理解,为灾害预报-预警及其控制提供理论依据,同时可以促进岩石-岩体力学及浅表生水文地球化学等相关学科的交叉与发展。     

我国红壤现代成土过程和发育年龄的初步研究

作者通过长期定位观察,对我国不同植被和不同母质发育红壤的现代成土过程进行了动态和定量研究,进一步阐明了我国红壤现代成土过程的特点。此外,运用参数和计算机模拟方法得出四种不同母质发育红壤的发育年龄,并与过去地质方面的研究结果进行对比。这项研究对进一步探讨红壤发育与第四纪的关系有重要意义。     

雷州半岛南部若干红土剖面的地球化学与成土环境研究

雷州半岛南部第四纪火山岩台地发育的红土剖面由碱性玄武岩风化型（Ｉ型）和拉斑玄武岩风化型（ＩＩ型）组成。从首次构建的淋溶系数（Ｌ）－水化系数（Ｈ）－氧化系数（Ｏ）关系图（简称ＬＨＯ图）发现,两类剖面的ＬＨＯ曲线的演化途径完全不同。Ｉ型红土在潮湿贫氧环境下形成,富含Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、水和有机质,ＩＩ型红土在干旱富氧环境下形成,富含Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ、Ｐ和Ｓｉ。此外,对两种类型红土环境的转型机制和成土     

方解石和钾长石在模拟蚯蚓肠液中的初始溶解动力学机理及意义

蚯蚓肠道内小分子有机酸与摄入的土壤矿物相互作用,加速矿物溶解。摄入的土壤在蚯蚓肠道内平均停留时间约为12 h,不足以使土壤矿物产生显著的溶解特征,因此这一过程难以在蚯蚓体内进行评估。本研究通过体外实验控制pH值和有机酸浓度,模拟蚯蚓肠道中有机酸对土壤中常见矿物的溶解反应,探讨了方解石和钾长石在蚯蚓肠道环境中的初始溶解动力学。研究发现,矿物在混合有机酸中的溶解速率比在纯水中高一个数量级,说明有机配体和质子促进了矿物溶解。溶解速率及粒度分析表明,方解石(CaCO₃)溶解速率不受溶解过程中粒度变化的影响,而钾长石(KAlSi₃O₈)粒度在溶解期间未出现显著变化。在此基础上,采用初始速率法模拟了钾长石的初始溶解动力学,计算得出的溶解速率表明钾长石在溶解初期主要为表面K~+的释放。使用缩核模型(shrink core model)和Hixson-Crowell模型对方解石溶解过程进行动力学解析,发现方解石的溶解主要受溶液中反应物内扩散的速率影响。这定量描述了两种矿物在有机酸溶液和纯水中的溶解差异。现有研究表明,有机配体和质子协同促...     

古玉白沁作伪方法的实验研究

为了验证现代常用的古玉白沁作伪方法的可行性,对市场上常见的作伪方法进行了验证实验,得到了作伪效果最佳的实验方法,为鉴定古玉白沁提供一定的理论依据,并初步探讨了古玉白沁的成因。实验以闪石玉和蛇纹石玉为原料,采用酸处理、碱处理和热处理等方法分别对样品进行了实验研究。结果表明,采用氢氟酸溅洒法和蜡封斑沁法可达到白色斑沁的效果,采用碱处理法伪作沁色的效果不明显,采用高温热处理方法的效果较理想。对比伪作玉器样品与真品古玉的白沁特征发现,酸处理样品的表面可见均匀分布的蚀坑;碱处理样品有似霜状白沁浮于其表面;热处理样品的表面局部存在火烧裂痕,加热至1000℃时稳定物相为辉石类矿物。     

Mobilities of alkalis, alkaline earths and halogens during weathering

Concentrations of alkali metals, alkaline earths and halogens were monitored in an Australian weathering profile and in Brazilian soils and bauxite. The materials analysed are considered to represent a range of chemical weathering histories, which are distinguished with respect to their degree of leaching by the dominant aluminosilicate assemblages. During initial weathering concentrations of alkalis and alkaline earths are similar or enriched relative to average crustal abundances. As weathering proceeds depletion is attenuated by the capacity of a particular element to participate in adsorption and ion-exchange processes. Strong depletion of alkalis and alkaline earths is common as weathering advances, and clay minerals are replaced by Al-oxide phases (e.g., gibbsite), with much lower capacities for exchanging and incorporating ions. Halogen concentration trends are more variable. F retention during weathering is likely due to substitution in mineral phases for hydroxyl groups. Cl and I are commonly observed to accumulate as weathering advances and some of these accumulations may be due to atmospheric additions.     

天然黝铜矿的溶解实验初步研究

黝铜矿的溶解实验研究极为罕见。本文对取自我国云南金满脉状铜矿床中的天然黝铜矿在不同物化条件下的溶解特征进行了研究，初步探讨了Cu、Fe、Zn、As、Sb在中低温热液体系中的地球化学行为及黝铜矿的沉淀机理。结果表明：在酸性条件下，上述组分主要以氯络合物形式迁移，而在碱性条件下，则主要以碳酸的络合物形式迁移；温度的下降以及pH的降低或升高是导致本区黝铜矿大量沉淀的主要因素。     

古玉璧拍卖价格影响因素分析及估价方法初探

古玉评估一直是珠宝评估界棘手的问题。确定古玉的市场价格主要采用市场比较法,拍卖市场的古玉成交价是古玉评估的主要资料来源。收集了近几年40多家拍卖公司的古玉璧拍卖成交价和估价。通过分析不同时期、不同材质与工艺的古玉璧的拍卖成交价与估价,得出年代、形制、工艺、材质等因素对其价格的影响,为古玉璧的估价提供思路。     

The dissolution of olivine added to soil: Implications for enhanced weathering

Chemical weathering of silicate minerals consumes atmospheric CO₂ and is a fundamental component of geochemical cycles and of the climate system on long timescales. Artificial acceleration of such weathering (“enhanced weathering”) has recently been proposed as a method of mitigating anthropogenic climate change, by adding fine-grained silicate materials to continental surfaces. The efficacy of such intervention in the carbon cycle strongly depends on the mineral dissolution rates that occur, but these rates remain uncertain. Dissolution rates determined from catchment scale investigations are generally several orders of magnitude slower than those predicted from kinetic information derived from laboratory studies. Here we present results from laboratory flow-through dissolution experiments which seek to bridge this observational discrepancy by using columns of soil returned to the laboratory from a field site. We constrain the dissolution rate of olivine added to the top of one of these columns, while maintaining much of the complexity inherent in the soil environment. Continual addition of water to the top of the soil columns, and analysis of elemental composition of waters exiting at the base was conducted for a period of five months, and the solid and leachable composition of the soils was also assessed before and after the experiments. Chemical results indicate clear release of Mg²⁺ from the dissolution of olivine and, by comparison with a control case, allow the rate of olivine dissolution to be estimated between 10^−16.4 and 10^−15.5 moles(Mg) cm⁻² s⁻¹. Measurements also allow secondary mineral formation in the soil to be assessed, and suggest that no significant secondary uptake of Mg²⁺ has occurred. The olivine dissolution rates are intermediate between those of pure laboratory and field studies and provide a useful constraint on weathering processes in natural environments, such as during soil profile deepening or the addition of mineral dust or volcanic ash to soils surfaces. The dissolution rates also provide critical information for the assessment of enhanced weathering including the expected surface-area and energy requirements.     

和田玉的名称、文化、玉质和矿床类型之探讨

和田玉是我国的传统玉石,有悠久的历史.和田玉有丰富的玉文化内涵,开拓了玉石之路,是我国历代宫廷玉器的主要玉料,为中国玉器的辉煌做出了贡献.和田玉属于透闪石玉,其玉质有其特点.矿床属中酸性侵入岩与白云石大理岩的接触交代型,在国内外有典型意义."软玉"提出距今约一百多年历史,尚存在一定问题,建议采用透闪石玉取代"软玉".