非质量硫同位素分馏效应研究进展

非质量硫同位素分馏效应是目前国际上最前沿的稳定同位素地球化学研究领域之一。在简要介绍非质量分馏理论的基础上,对近几年非质量硫同位素分馏效应的最新研究成果进行总结和分析。关于非质量硫同位素分馏的微观来源机制存在较多争议,有待于进一步探索;采用SF6为工作气体是现有硫同位素高精度测定的主要制样技术;非质量硫同位素分馏效应研究为火星大气演化及火星生命痕迹探询、古代大气氧化条件、地球早期硫循环、火山活动对气候的影响等重大地质科学问题的解释开辟了一条独特的新途径。最后对非质量硫同位素分馏领域研究趋势进行了探讨。     

铜同位素及其在环境污染示踪中的应用进展

近年来,环境问题一直都是社会关注的热点,如大气、土壤和沉积物中的重金属污染问题已成为社会关注的热点。要解决环境重金属污染,关键是要确定其污染源和污染途径,本研究选取了3种典型的污染,即河流污染、冶炼厂地污染及大气颗粒物污染,选择同位素示踪技术作为研究方法,并且以铜作为示踪指标,对铜元素的基本性质,以及铜同位素在地球化学过程中的分馏,不同类型样品的处理、消解以及同位素分离纯化方法,同位素测试技术、示踪技术、端元模型进行了汇总,以及对现已发表的成果中上述3种典型重金属污染的端元(自然输入源和人为输入源),受污染途径、污染程度的研究进行了概括和总结。Cu同位素在环境污染溯源方面尚处于起步阶段,因此还需要进一步研究表生过程中Cu同位素的分馏机理,为认识重金属污染源与汇迁移过程中的机理提供重要的信息。未来的研究中,可进一步运用多种同位素相结合的方法,扩展多元同位素指纹数据库;而且同位素模型是对重金属污染源及污染贡献率进行正确评价的重要研究内容,还需构建新的多同位素多元污染模型来解决更为复杂的污染源。      

基于水稳定同位素的地下水型陆地植被识别:研究进展、面临挑战及未来研究展望

地下水型陆地植被具有重要的生态服务功能,但正遭受严重威胁,亟需在水资源管理中予以关注和保护.准确识别地下水型陆地植被是其管理和保护的前提.水稳定同位素方法是识别地下水型陆地植被的唯一直接方法,其中:①直接比较法只能获得植物对地下水利用的定性信息,但目前的应用最为广泛;②同位素混合模型能定量评估植物对地下水的依赖性,近期随贝叶斯模型的引入取得了较大进展.当前,植物对地下水利用的时空异质性增加了基于水稳定同位素的地下水型陆地植被的识别难度,还限制了小尺度上的研究成果向大尺度上的拓展;部分植物以间接方式利用地下水,对地下水型陆地植被的识别造成了困扰;根系吸水过程中的同位素分馏和同一植株内木质部水同位素组成的时空异质性常使植物样品的代表性受到质疑;采集到具有代表性的地下水和土壤样品也是当前面临的一个主要挑战.为应对上述挑战,未来应加强3个方面的研究:①研发植物木质部水同位素组成的原位在线连续观测技术,提升基于水稳定同位素的地下水型陆地植被识别的时空分辨率;②借助控制性的同位素标记实验,精细刻画地下水-土壤-植物体系内同位素体的迁移和分馏过程;③将同位素观测与具有物理学意义的生态水文模型相耦合,提高定量评估的分辨率和降低不确定性,探索解决时空异质性和升尺度难题的途径.     

区域非稳定动力学环境下的工程场地破裂效应初探

工程场地破裂效应是区域非稳定动力学环境下的主要灾害效应之一，但目前对其缺乏系统性研究。本文提出了工程场地破裂效应研究的区域稳定动力学方法，并对非稳定动力学环境下的破裂效应进行了初步探讨。笔者提出非稳定动力学条件决定了破裂原动力，深浅相关性，以及成灾致灾连续性等动力学和运动学特征。     

陆地热泉硅华研究进展与展望

陆地热泉硅华是活动地热环境下，富含硅酸盐热液流体在地表形成的沉积物，其独特的微生物结构及地球化学特征对潜在地热资源、古环境、古气候、早期生命起源等研究具有重要指示意义。尽管近年来地质学家对形成陆地热泉硅华的热源类型、硅华结构特征、共生矿物、同位素及微量元素特征、微生物在成岩中的作用等方面做了不少研究，但由于热泉硅华沉积－成岩过程中受包括热储岩性、热泉水蒸发冷却、ｐＨ 值 改 变、微 生 物 生 长 等复杂外界条件影响，其形成环境、发育特征和控制因素等系列科学问题有待深入探讨。在国内外大量文献调研的基础上，结合近期对云南腾冲热海地热区硅华的研究，综述了目前国内外对陆地热泉硅华的研究进展，总 结 了 陆地热泉硅华具有矿物种类多样、结构形态丰富、地球化学特征复杂、与地热系统热源关系密切等基本特征，还总结了影响陆地热泉硅华形成中冷却、蒸发、ｐＨ 值、阳离子效应、微生物活动等非生物和生物控制因素，提出了当前陆地热泉硅华研究存在硅华结构成因解释不明确、微生物与热泉硅华微结构间的关系及微量元素和同位素地球化学研究薄弱、人类活动对硅华沉积影响使得研究更复杂等问题，指出下一步应加强同位素分馏、微量元素及常量元素在硅华沉积－成岩中的作用机理研究；通过全面的地球物理－化 学－微生物关系分析，明确热泉硅华成因；弄清控制硅华沉积的因素及微生物在硅华生长中的作用；深入了解热泉硅华形成的复杂性及其在全球范围内的相关性，从而更加全面地认识陆地热泉硅华沉积，并为下一步研究提供启示。      

江汉平原高砷地下水稳定碳同位素特征及其指示意义

溶解性有机碳（DOC）是地下水中砷释放过程的关键因素,为查明江汉平原高砷地下水稳定碳同位素特征,识别有机质的降解过程对砷富集的影响,采用稳定碳同位素分析测试技术并结合地下水化学特征,对江汉平原典型砷中毒病区的浅层地下水进行了区域采样分析。结果表明:浅层承压水的砷质量浓度为0.23~2 621 μg/L。地表水较地下水具有更负的δ13C_DOC、δ13C_DIC值。地下水中溶解性无机碳（DIC）的δ13C_DIC值在-11.9‰~-3.99‰之间,溶解性有机碳的δ13C_DOC值在-28.5‰~-19.6‰之间。地下水的δ13C_DIC-δ13C_DOC差值与ρ（As）呈一定负相关关系,表明微生物作用下有机质的降解促进了As的富集。δ13C_DIC-δ13C_DOC差值与δ13C_DIC和ρ（DOC）均具有较显著的正相关关系,表明地下水中有机质的氧化分解是导致δ13C_DIC贫化的重要过程,微生物作用下溶解性有机质的降解是地下水中无机碳的重要来源。此外,江汉平原少数高砷地下水呈现较大的δ13C_DIC值,推断江汉平原高砷含水层强还原环境下可能存在的产甲烷过程导致了明显的碳同位素分馏。      

高氯酸盐稳定氯、氧同位素测试新技术

高氯酸盐同位素测试技术能够为环境介质中高氯酸盐污染物来源的判识、降解途径与修复效果的监测与评价提供重要的分析工具。在国内建立高氯酸盐稳定氯、氧同位素测试技术,采用真空热解方法组建同位素真空制样系统,并结合GasBenIIIRMS联用技术实现在线高精度测试。实验结果表明,真空制样系统稳定性高,最佳热解反应温度为650℃,样品量约10μmol ClO-₄。δ18O、Δ17O和δ37Cl的方法分析精度分别为0.3‰,0.04‰和0.1‰,达到国际水平,为我国高氯酸盐环境污染的防治研究提供了先进的方法与手段。      

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3 植物的
δ13C范围为-37.89‰~ -23.27‰,C4 植物δ13C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13C 范围为-30.43‰~
-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3 途径植物控制,C4 途径植物对土壤碳库的δ13C影响有限,植物残体转化成
土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围
0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~
9.04,ρ(DOC)>ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为
-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流
有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。      

岩浆过程中铁同位素的地球化学行为

铁同位素在岩浆过程中可以发生明显的分馏。相对于地幔橄榄岩(δ56 Fe平均值约为0‰),玄武岩略微富集铁的重同位素(δ56 Fe平均值约为0.1‰)。相对于中基性岩浆岩,酸性岩浆岩更加富集铁的重同位素。岩浆过程中的铁同位素分馏主要受铁的价态或氧逸度所控制。通常岩浆岩中的三价铁矿物(如磁铁矿等)相对于二价铁矿物(如橄榄石、辉石等)富集铁的重同位素。地幔橄榄岩部分熔融过程中,由于Fe3+比Fe2+更加不相容,熔体比固体相更加富集Fe3+,因而部分熔融产物(通常为玄武岩)相对富集铁的重同位素。在结晶分异过程及低氧逸度条件下,橄榄石、辉石等含Fe2+的矿物结晶导致熔体更加富集Fe3+,熔体铁同位素组成变重;在高氧逸度条件下,磁铁矿等含Fe3+的矿物结晶促使熔体更加富集Fe2+,熔体铁同位素组成变轻。在流体出溶过程中,出溶的流体相对富集铁的轻同位素,残余的岩浆铁同位素组成变重。现有研究表明,铁同位素在示踪岩浆作用方面具有很大潜力。     

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳
同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)
的“反序”现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1 随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别
页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气
稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集
物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。      

平凉天然水环境同位素研究及其在隐伏岩溶水文地质中的应用

本文在研究平凉地区大气降水、地表水和地下水的氢氧稳定同位素和氢的放射性同位素的基础上，重点讨论了大岔河隐伏岩溶水的水文地质条件。结果表明，大岔河隐伏岩溶水的补给局限在大岔河流域内，其径流条件良好，现代降水混入量平均为５４％，具有潜在的开发利用价值。     

Application of stable isotope techniques in studies of carbon and nitrogen biogeochemical cycles of ecosystem

Stable isotope techniques have been proved useful as tools for studying the carbon (C) and nitrogen (N) biogeochemical cycles of ecosystem. This paper firstly introduced the basic principles and the distribution characteristics of stable isotope, then reviewed the recent advances and applications of stable isotope in the C and N biogeochemical cycles of ecosystem. By applying the 13 C natural abundance technique, ecologists are able to understand the photosynthetic path and CO 2 fixation of plants, the CO 2 exchange and C balance status of ecosystem, the composition, distribution and turnover of soil organic C and the sources of organic matter in food webs, while by using the 13 C labeled technique, the effects of elevated CO 2 on the C processes of ecosystem and the sources and fate of organic matter in ecosystem can be revealed in detail. Differently, by applying the 15 N natural abundance technique, ecologists are able to analyze the biological N 2 -fixation, the N sources of ecosystem, the N transformation processes of ecosystem and the N trophic status in food webs, while by using the 15 N labeled technique, the sources, transformation and fate of N in ecosystem and the effects of N input on the ecosystem can be investigated in depth. The applications of both C and N isotope natural abundance and labeled techniques, combined with the elemental, other isotope ( 34 S) and molecular biomarker information, will be more propitious to the investigation of C and N cycle mechanisms. Finally, this paper concluded the problems existed in current researches, and put forward the perspective of stable isotope techniques in the studies on C and N biogeochemical cycles of ecosystem in the future.     

Seasonal changes in food uptake by the sea cucumber Apostichopus japonicus in a farm pond: Evidence from C and N stable isotopes

This study investigated the seasonal changes in carbon (C) and nitrogen (N) stable isotope values of several typical food sources of Apostichopus japonicus in a farm pond, including particulate organic matter (POM), macroalgae, benthic microalgae and animals such as nematode and copepod. The stable isotope technique was used to quantify relative contributions of various sources to the food uptake by A. japonicus. The results showed that significant changes occurred in the C and N stable isotope values of sea cucumber food sources due to the seasonality of micro-or macroalgae prosperity and the fluctuation of environmental conditions. The sea cucumber A. japonicus exhibited corresponding alterations in feeding strategy in response to the changes in food conditions. Calculation with a stable isotope mixing model showed that macroalgae was the principal food source for A. japonicus throughout the 1-yr investigation, with the relative contribution averaging 28.1% - 63.2%. The relative contributions of other food sources such as copepod and nematode, POM, benthic microalgae to the total food uptake by sea cucumber averaged 22.6% - 39.1%, 6.3% - 22.2%, 2.8% - 6.5%, and 2.8% - 4.2%, respectively. Together these results indicated that the seasonal changes in food sources led to the obvious temporal differences in the relative contribution of various food sources utilized by A. japonicus. Such findings provide the basic scientific information for improving the aquaculture techniques of A. japonicus, particularly for optimizing the food environment of A. japonicus culture in farm ponds.     

Spatial differentiation in stable isotope compositions of surface waters and its environmental significance in the Issyk-Kul Lake region of Central Asia

Stable isotope values of oxygen(~(18)O) and hydrogen(~(2)H) of surface waters were used to study the origin and environmental significances in the Issyk-Kul basin of Kyrgyzstan in Central Asia, which is the most important intermountain basin in the modern Tien Shan orogen. This study is the first analysis of hydrochemical spatial differentiation in the stable isotopes of surface waters in this watershed.75 samples were collected from rivers, springs, lakes,rain and snow during the rainy season in July and August of 2016. Stable isotopes of ~(18)O and ~(2)H were studied for all samples, and cation ratios(Sr/Ca and Mg/Ca) were also determined for lake water samples.Stable isotope values from precipitation scattered around the Local Meteoric Water Line(determined from Urumqi Station of the global network of isotopes in precipitation(GNIP)), together with values of the Deuterium excess parameter(d) from 15.3‰ to30.5‰, with an average of 19.8‰, indicating that the moisture sources are primarily from regions with low relative humidity. The δ~(18)O and δ~(2)H values were significantly different between the river and lake samples, indicating that regional evaporation caused the isotopic enrichment of lake water. Geospatial autocorrelation, measured by Moran's I coefficient,indicated weak spatial autocorrelation within stable isotopes of oxygen and hydrogen in the surface waters of the studied area, which is primarily an effect of climate during the water chemistry evolution. The cation ratios Sr/Ca and Mg/Ca in lake water samples were not correlated with the concentration of total dissolved solids, but did show correlation with stable isotopic values, which is significant for paleoenvironmental reconstruction.     

钼催化作用下的煤成烷烃气碳同位素演化

为了阐释钼催化作用下的煤成气碳同位素演化特征和机理,采用在原煤中添加单质钼的方式,开展催化生气模拟试验,测定模拟系列气样的单体烷烃气碳同位素组成,并对其演化规律和模式进行探讨.结果表明:无论加钼与否,模拟气甲烷碳同位素组成(δ(13C1))均以镜质组反射率1.1%为界分为演化趋势截然相反的2个阶段,乙烷碳同位素组成(δ(13C2))不存在明显的演化阶段性,但加钼煤样δ(13C2)由在较低成熟度阶段重于原煤样变为在较高成熟度阶段轻于原煤样;加钼条件下,模拟烷烃气呈现出正碳同位素系列,δ(13C1)为(-25~-45)×10-3,δ(13C2)重于-29×10-3,表明钼催化成因气属于有机热成因气范畴.对比模拟烷烃气碳同位素组成与镜质组反射率之间的关系,发现模拟烷烃气碳同位素组成演化规律与前人模式有所不同.加钼煤样的不同单体烷烃气碳同位素组成随有机质成熟度变化速率的不同而不同,指示生气作用在钼催化作用下得到增强,这一效应在裂解气生成过程中更为显著;加钼煤样δ(13C2)在较高成熟度条件下轻于原煤样δ(13C2)的原因可能在于钼催化效应促进了煤中壳质组裂解生气.     

Holocene environmental change according to lake core in Fildes Peninsula of King George Island,Antarctica

Lake core sampled from Xihu in Fildes Peninsula of King Gorge Island, Antarctica could reveal the environmental change of the district. The lake core( GA7) , 9.28 meters long , was sectioned at an interval of 2 cm. Through measuring the organic carbon, magnetic susceptibility, granularity and organic carbon isotope of GA7, by use of 14C age it was estimated that there were four periods of high temperature in Fildes Peninsula; 4800-4400 aB. P. , 3600-3350 aB. P. ,2100 - 1800 aB. P. and 900 aB. P. - present. Meanwhile, results showed that there was a strikingly positive correlation between the content of organic carbon and that of organic carbon isotope (δC01213 ) which could be the substitute indicators of environmental temperature.     

地下水的有机污染问题及其吸附作用评价

文章认为有机污染质已对地下水污染构成威胁,研究有机污染质在地下水系统中的迁移转化机制,建立有效的预测模型,具有十分重要的意义。有机污染质与地下水形成不溶混流体,对其运移进行评价的理论、方法及测试技术都不同于通常对易溶混污染质的评价。这项工作在我国刚刚起步,研究程度较低。文章讨论了有机污染质—地下水体系的一般物理、化学特征和运移控制方程,指出吸附作用是使有机污染质运移滞缓的重要原因,介绍了目前国外研究有机污染质吸附作用的几种试验及结果。