大陆硅酸盐岩石风化过程中镁同位素地球化学研究进展

Mg同位素体系被证明在示踪硅酸盐矿物风化方面颇具优势.通过总结近年来大陆硅酸盐风化过程中Mg同位素地球化学的研究,归纳出以下认识:①化学风化方面,原生矿物溶解使得液相的Mg同位素组成变轻,而固相残留的Mg同位素组成变重;次生矿物中含有两种形态的Mg(交换态Mg和结构态Mg),二者δ26Mg不同,次生矿物形成过程中Mg同位素分馏方向与矿物种类、结构和形成机制等因素有关;黏土矿物吸附和解吸Mg2+引起Mg同位素分馏,但方向尚不确定;土壤可交换复合物倾向于优先吸附和解吸26Mg.②物理风化方面,水流、风等造成的矿物分选会引起风化产物Mg同位素组成发生变化.③植物—土壤体系Mg同位素的分馏很小.目前,大陆硅酸盐风化中一些重要过程的Mg同位素地球化学行为还存在争议,亟待通过室内试验、模拟计算,以及与其他同位素联用等途径完善理论基础,推动Mg同位素在示踪大陆风化中的广泛应用.     

内陆盆地区高碘地下水的成因分析：以内蒙古河套平原杭锦后旗为例

针对内陆盆地区高碘地下水的成因问题,在典型地区--内蒙古河套平原杭锦后旗系统采集了25个地下水样和3个地表水样,分析了地下水中的I、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3、As、Fe、Br、pH、Eh等指标。应用因子分析和多元线性回归分析方法,对内陆盆地区高碘地下水的成因进行了分析。结果表明：地下水中碘含量为31.84～1 289.57 μg/L,高碘地下水主要分布于研究区北部地下水流相对滞缓的排泄带附近、地下35 m的范围内,水化学类型以碱金属非重碳酸型为主;地下水中碘可能来源于狼山中元古代狼山群沉积物或平原区第四纪浅层沉积物;沉积物中的Fe2O3和有机质在低Eh条件下(Eh<-30 mV)分别发生还原性溶解和分解,吸附在其上的碘随之被释放到地下水中。另外,沉积物中的碘在高Ca2+和弱碱性条件下吸附作用较弱,这也间接促进了碘在地下水中的富集。相对而言,有机质分解更为普遍,但Fe2O3的还原性溶解对碘富集影响更为强烈。该成果进一步深化了对内陆盆地区高碘地下水形成机制的认识,并为当地饮水安全和生态安全提供科学依据。     

微生物介导下高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型

微生物活动对地下水水化学组分、氧化还原环境及砷的迁移转化有重要影响。研究高砷地下水系统的氧化还原分带性,有助于进一步理解微生物作用下地下水中砷的迁移转化规律,并为高砷地下水原位修复技术提供理论依据。在综述前人的研究成果的基础上,阐明了不同生物地球化学阶段砷的吸附、释放及固定过程,并刻画出高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型。在地下水环境中,微生物依次消耗(还原)溶解氧、NO-₃、Fe(Ⅲ)、SO2-₄和CO₂等组分,氧化有机物获取能量。在溶解氧和NO-3还原阶段,地下水处于偏氧化环境,此时Fe(Ⅲ)还原受到抑制,其负载的砷不会释放到地下水中;当Fe(Ⅲ)还原时,地下水处于还原环境,会导致与之共存的砷释放,形成高砷地下水;而当SO2-₄还原时,地下水处于强还原环境,产生的HS-与Fe2+形成的铁硫化物吸附或共沉淀砷,会降低地下水中的砷浓度。      

地下水与地表水相互作用下硝态氮的迁移转化实验

全球水体氮污染形势严峻,且以硝态氮(NO₃--N)污染为主,研究地下水与地表水(G-S)相互作用模式对NO₃--N在“潜流带”(HZ)中迁移转化的影响是开展水体氮污染综合防控的关键.开展地表水(S)补给地下水(G)(下降流)、地下水(G)补给地表水(S)(上升流)以及交替作用3种模式的NO₃--N迁移转化实验,研究表明:3种模式下,出水NO₃--N浓度可降低95%以上;上升流中反硝化强度大于下降流;异化还原作用(DNRA)对下降流与上升流出水氨氮(NH₄+-N)浓度的贡献分别约为71%和11%;上升流实验后水-土界面有机氮含量是下降流实验后水-土界面的2.3倍.结果表明,G-S相互作用下NO₃--N的衰减途径主要包括:合成有机氮、反硝化及DNRA;相互作用模式对各衰减途径的强度存在影响;HZ介质通过吸附NH₄+-N和微生物作用合成有机氮的方式截留氮素.      

大兴安岭地区花岗岩风化过程中锂同位素地球化学行为

锂(Li)同位素具有示踪大陆风化的潜力，但风化体系中Li同位素组成(δ⁷Li)对风化强度的指示关系仍不明确。本文以大兴安岭地区花岗岩风化剖面为研究对象，采集了剖面不同风化层位的样品，测定了原岩及其风化产物样品的元素含量和δ⁷Li值。结果表明，风化剖面上部的δ⁷Li值为-0.08‰～+1.8‰,中下部的δ⁷Li值为-2.6‰～+0.25‰并低于原岩的值(+0.75‰)。δ⁷Li值在剖面上部的变化主要是黄土输入及其再风化的结果，而中部主要是受次生矿物溶解和再沉淀过程的影响，下部主要是受控于次生矿物形成过程。岩石风化产物的Li同位素组成可以作为风化强度的替代指标，但次生矿物溶解和再沉淀过程可能会影响风化剖面的δ⁷Li值对风化强度的指示关系。     

河套平原西部地下水砷富集机制研究

干旱内陆盆地高砷含量的地下水威胁着当地饮用水安全，其形成机制尚不完全清楚。为厘清这类高砷地下水的形成机制，本文以河套平原西部地下水为研究对象，分析其中As等部分氧化还原敏感元素含量和氢、氧同位素组成(δD和δ¹⁸O)。结果表明，地下水样的As的质量浓度为1.5～155μg/L(均值为36.7μg/L),超半数样品超过10μg/L,主要分布于盆地中部的浅层含水层。水样的氢、氧同位素组成和离子间的相关性分析表明，虽然蒸发浓缩作用导致地下水富集Na⁺和Cl^-,但对As的富集影响不显著；在偏碱性环境中因解吸附作用产生的As进入地下水，对As的富集有一定贡献；负载As的铁氧化物还原性溶解和沉积物中的As(V)还原性解吸附是地下水中As富集的主要原因；强还原环境中，硫酸盐还原作用形成的硫代砷可能会促使As在地下水中高度富集。