微生物还原Cr(Ⅵ)过程中的Cr同位素分馏

<正>微生物作用下Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的过程是Cr在生物地球化学循环中最重要的过程之一。研究微生物作用下的Cr(Ⅵ)的还原过程不仅对理解Cr在地表环境中的地球化学行为和Cr的活动性具有重要意义,而且,由于Cr(Ⅵ)的毒性远高于Cr(Ⅲ),利用微生物对环境中Cr(Ⅵ)污染进行原位修复是高效、廉价且不易产生次一级污染物的方法。Cr(Ⅵ)的还原过程会引起显著的Cr同位素分馏,该分馏不受稀释、吸附、解附、     

喀斯特高原湖泊生物地球化学过程中的锌同位素特征

采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对喀斯特高原湖泊红枫湖、阿哈湖水体及其主要支流水体悬浮物和一些生物样品中的锌同位素进行了测定,测试精度小于0.11‰(2SD).结果显示,红枫湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.29‰～0.26‰和-0.04‰～0.48‰,阿哈湖水体与其主要支流水体悬浮物中的δ66Zn变化范围分别为-0.18‰～0.27‰和-0.179‰～0.46‰,均表现出支流中的锌同位素组成较重的特点.两湖生物样品中的δ66Zn变化范围较大,为-0.35‰～0.57‰,说明湖泊生态系统中各端员的锌同位素组成存在一定差异.根据同位素组成分析,湖泊主要入湖河流及所携带的陆源物质是阿哈湖泊水体中锌的主要来源,锌同位素是一种较好的物源示踪工具.红枫湖夏季δ66zn与Chla(叶绿素)呈显著的正相关(R=0.97),主要是藻类对锌的有机吸附和吸收过程导致锌同位素组成发生变化.此外,湖泊水体悬浮物中的锌同位素组成均在夏季较轻,表明大气的干湿沉降可能是一个较负的锌同位素源.水体悬浮物中的δ66Zn变化范围小于生物样品中的δ66Zn变化范围,说明由于生物作用过程导致的锌同位素分馏大于非生物过程.     

Fe-Cu-Zn-Mo同位素示踪氧化还原过程

非传统稳定同位素（Fe-Cu-Zn-Mo）理论与数据相结合提高了科研工作者对地质体系氧化还原过程的理解。本文对这一相对较新的领域进行了综述,包括与氧化还原过程相关的同位素分馏理论和实验约束、时空尺度下的氧逸度以及同位素示踪氧化还原过程。稳定同位素理论预测,Fe-Cu-Zn-Mo同位素应该对氧化还原状态的变化能够做出响应。结果表明,Fe同位素作为岩浆过程、表生过程、俯冲带流体性质"氧逸度计"应用前景广阔;Cu同位素在岩浆、热液、陆地系统可以很好地示踪氧化还原过程;Zn同位素由于络合过程分馏已经被用在许多不同环境中作为含硫/碳流体迁移的敏感示踪剂;Mo同位素作为古氧逸度计可有效重建古海洋-大气氧化还原状态。     

生物过程中的铁同位素地球化学行为及应用

铁是生物必需的营养元素,并且生物圈与岩石圈、水圈、大气圈密切联系。因此,了解生物过程的铁同位素地球化学行为,对于示踪铁元素在生物圈内部体系的迁移和循环,以及运用铁同位素示踪生物圈和岩石圈、水圈之间的相互作用都具有重要意义。本文对不同生物体的铁同位素组成特征以及不同生物过程的铁同位素地球化学行为进行了总结。结果表明,生物倾向于优先吸收铁的轻同位素,而且在食物链中随着级别的升高,这种情况越明显。生物诱发过程(包括异化铁还原作用和细菌氧化作用)中,铁只是提供或接受电子,并没有真正进入生物细胞体内,这些过程所产生的铁同位素分馏值和无生物参与氧化还原过程产生的铁同位素分馏值相同。生物(包括微生物、植物、动物和人)吸收过程中,铁进入生物体细胞内,这些过程的铁同位素分馏主要受氧化还原作用所控制。铁同位素在生物学、医学等领域具有很大的应用潜力,有可能会成为这些领域新的示踪工具。     

生物过程中的铁同位素地球化学行为及应用

<正>铁同位素曾被认为是"独特的生物活动示踪剂",用来指示远古的或地外的生命活动事件(Beard et al.,1999),引起了学者们极大的研究兴趣。铁是生物必需的营养元素。例如,铁氧化细菌通过氧化Fe~(2+)发生代谢作用,获取生长所需能量。植物叶绿素的合成、呼吸作用以及植物体内的氧化     

湖泊生物地球化学过程中的锌同位素地球化学研究

近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的引入,使锌同位素的精确测定得以实现,因此锌同位素在地球化学过程中的研究也正在被越来越多的人所关注.     

氧化还原敏感元素(Se,Cr,Mo)稳定同位素

由于同位素分析方法的改进及表面热离子质谱(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的应用,近年来氧化还原敏感元素(Se、Cr、Mo)同位素地球化学得以快速发展,成为国际地学领域的一个前沿。Se同位素在自然界中的变化最大,δ82/76SeNIST为-12.77‰～3.04‰;Cr和Mo同位素变化较小,δ53/52CrNIST值为-0.07‰～0.37‰,δ97/95MoJMC值为-0.27‰～2.65‰。自然界中各种无机过程(氧化还原)和生物有机过程均能使Se、Cr、Mo产生同位素分馏。因此,这些氧化还原敏感元素同位素可以示踪环境污染源、矿床流体来源;解释古海洋与现代海洋中元素的自身循环,从而示踪古氧化还原环境的演化;解释地外撞击事件及宇宙行星演化;甚至在生物学等领域研究中取得了显著成效。虽然还存在一些问题但它们将可能成为地球科学中有巨大应用前景的一种新兴的地球化学工具。     

稳定同位素53Cr在地下水污染研究中的应用

铬是地表水和地下水中的常见污染物，它被广泛应用于电镀、制革和防腐。在氧化条件下，Cr以Cr(Ⅵ)的阴离子铬酸盐（CrO2-4）和重铬酸盐（HCrO-4）形式存在，有很高的溶解性和流动性。Cr(Ⅵ)是一种可疑的致癌物。在还原条件下，Cr的分馏。所有地下水Cr(Ⅲ),它不溶解，并且强烈地吸附在固体表面上，而且毒性很小。Cr(Ⅵ)的还原作用可导致Cr稳定同位素轻同位素。因此，稳定铬同位素比值可以用作地下水中Cr(Ⅵ)还原程度的指示剂。笔者使用方程（1）确定了两个地下水样（MW-6和MW-12）的还原程度，它们分别为31%和68%。     

板块俯冲过程中的Mg-Li-Fe-Cr同位素分馏

金属稳定同位素体系是示踪板块俯冲对壳幔物质再循环影响的全新工具,因此其在俯冲带的地球化学行为备受关注.Mg同位素在俯冲过程中不发生显著分馏,但大陆玄武岩具有低于洋中脊玄武岩的Mg同位素,这可能是碳酸岩的俯冲再循环导致的.与角闪岩继承原岩的Li同位素组成不同,榴辉岩具有轻于原岩的Li同位素组成,可归因于俯冲折返过程中的动力学扩散、脱水反应或低Li同位素的流体交代.作为变价元素,Fe和Cr的同位素在榴辉岩的形成过程中均不发生显著分馏,但是蛇纹岩的Fe同位素和Cr同位素与氧逸度指标具有相关性,指示氧化还原条件变化时脱水过程或流体交代会导致同位素分馏.      

榴辉岩部分熔融过程中的同位素分馏

本文对榴辉岩部分熔融过程中不同同位素体系是否存在分馏这一当前研究热点进行了综述。榴辉岩作为研究洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移分配等具有紧密的联系。作为典型的高压-超高压变质岩石,榴辉岩可通过俯冲带将壳源信息携带至地幔深部,影响地幔的化学组成,并可在大洋玄武岩中得以表现。近些年,随着仪器分析技术的发展,实验研究和理论计算均表明榴辉岩部分熔融过程中稳定同位素可以产生显著的分馏。作为常见的放射性成因子体同位素和传统稳定同位素Sr-Nd-Hf-O被广泛应用于源区示踪、岩浆混合以及结晶分异等过程。但目前有研究指出,在非平衡熔融过程中,熔体和源区的Sr-Nd-Hf-O同位素可发生解耦,导致二者的同位素组成不均一。另外,通过研究榴辉岩及其熔融产物的金属稳定同位素特征,发现榴辉岩部分熔融过程中,由于石榴石效应,会造成Ca、Mg、Fe、Li等金属稳定同位素的分馏。因此,当利用稳定同位素示踪榴辉岩熔体的源区时,需要考虑其分馏的影响。

     

高Cr地质样品的Mg同位素分析方法

使用多接收等离子体质谱仪测定Mg同位素比值时,Cr元素会干扰测定结果。高Cr地质样品如铬尖晶石和铬铁矿中的Cr/Mg值可高达5︰1。针对这些样品,本研究检测了Cr对Mg同位素测试的干扰程度,评估了实验室流程中Cr和Mg的分离效果,探讨了Cr在淋洗过程中的行为。实验采用1mol/L HNO_3及2.3mL AG50W-X8型阳离子树脂,仅通过一次分离纯化便能将Mg与Cr等其他基质元素有效分离,且Mg的回收率可达99.8%,测试结果可靠。此外,Cr在分离过程中分为两阶段被洗脱,这与其在样品中不同的赋存价态有关。     

中元古代具有高的Cr同位素分异特征和高的大气氧浓度

正大气氧对生命大爆发具有重要意义。然而,前人通过Cr同位素研究表明,中元古代时期具有非常低的大气氧浓度(当今氧水平的0.1%),并不足以使得中元古代真核生物大爆发。Cr同位素是揭示大气氧化历史的一个非常有用的办法。由于Cr3+物相发生大陆氧化性风化作用,Cr同位素会发生分馏,重的53Cr同位素会倾向于进入氧化的镉酸盐中(Cr4+),从而使得残留相(Cr3+)中亏损重Cr同位素。现今的海洋和河水中多具有重53Cr同位素特征,而风化土壤则     

铬同位素在高温岩浆过程中的研究进展

铬(Cr)属于氧化还原敏感元素,在岩浆过程中是一种中度相容和轻度亲铁元素。Cr在硅酸盐地球中主要有三种价态:Cr²⁺、Cr³⁺和Cr⁶⁺。Cr存在于不同来源的矿物和岩石中,其氧化还原状态和同位素组成可以为其成因、氧化还原条件和相关成矿历史提供有价值的信息。近年来,铬同位素越来越多地应用到现代环境、古环境、行星的演化以及高温地质过程等领域中,而高温地质过程中储库的铬同位素及其分馏机理研究是其他工作的基础。尤其是随着质谱技术的发展,Cr同位素在高温环境中的分馏机制及行为也引起了更多的关注。本文主要介绍不同储库的Cr同位素组成及高温岩浆过程中Cr同位素研究的最新进展。     

高温下地幔矿物之间的Cr同位素分馏

<正>铬(Cr)是过渡金属元素,其同位素主要有50Cr、52Cr、53Cr和54Cr。与其它变价元素(Fe、Se、Cu)的同位素类似,生物作用和低温氧化还原过程是目前已知的导致Cr同位素分馏的主要因素[1-3],这使得Cr同位素常被用作示踪古大气氧化还原环境[4-6]以及地表水系统中Cr(VI)污染的还原和沉降[1]。到目前为止,高温地质过程中Cr同位素行为研究非常有限。Schoenberg等[7]第一次系统地对全球的     

铁陨石中宇宙成因Cr同位素的校正

<正>53Mn-53Cr短半衰期同位素体系可以为太阳系形成初始几百万年的演化历史提供高精度的同位素年代信息。与其他短半衰期同位素定年体系相比,53Mn-53Cr体系具有独特的优势:如Mn和Cr具有不同的半凝固温度,因而适用于挥发相关过程的年代学研究;大多数太阳系物质的Mn和Cr的丰度较高,这便于样品的化学流程提纯。这些特征使得53Mn-53Cr同位素定年体系受到广泛的关注[1-3]。然而,宇宙样品会受到     

沉积成矿过程中的生物作用

沉积成矿过程中的生物作用包括直接的生物成矿和间接的有机质成矿。生物成矿作用是多因素多阶段的,但在不同的成矿阶段,其作用的重要性和表现形式则完全不同,主要取决于沉积成矿的地质背景和环境。在浪基面以上,以直接的生物成矿作用为主,在浪基面以下,则主要表现为有机质成矿。     

磷块岩形成过程中的生物作用

 对我国震旦纪、寒武纪磷块岩矿床的研究表明,参与成磷作用的生物主要是菌、藻类微生物。生物作用的标志表现为:P₂O₅主要富集在叠层石磷块岩中,富集在叠层石的柱体上,富集在柱体内部的富藻纹层中;而与磷块岩共生的白云石和黄铁矿的δ¹³C值和δ³⁴S值相对均较低,则是生物参与成磷作用的同位素标志特点。生物的成磷作用贯穿成磷过程的始终,但它随作用的相带、环境和阶段不同,生物的种属和作用方式也不同,因而矿石和矿床的质量也随之而异。     

磷块岩形成过程中的生物作用

对我国震旦纪、寒武纪磷块岩矿床的研究表明,参与成磷作用的生物主要是菌、藻类微生物。生物作用的标志表现为:P2O5主要富集在叠层石磷块岩中,富集在叠层石的柱体上,富集在柱体内部的富藻纹层中;而与磷块岩共生的白云石和黄铁矿的δ13C值和δ34S值相对均较低,则是生物参与成磷作用的同位素标志特点。生物的成磷作用贯穿成磷过程的始终,但它随作用的相带、环境和阶段不同,生物的种属和作用方式也不同,因而矿石和矿床的质量也随之而异。     

多宝山铜矿同位素地质特征

一、地质概况多宝山斑岩铜矿位于松辽盆地与大兴安岭隆起带过渡部位靠隆起一侧,多宝山倒转转倾伏背斜的轴部。矿田出露的地层主要有中奥陶统铜山组和多宝山组、上奥陶统裸河组和爱辉组(图1)。与铜矿关系最密切的多宝山组主要为一套滨海—浅海相中性火山岩和火山沉积碎屑岩组合。矿田位于多种构造的复合部位,直接控岩控矿的构造是北西向压扭性帚状构造带。与成矿关系最密切的岩浆岩是华力西中期花岗闪长