硼同位素地球化学应用研究进展

硼的2个稳定同位素(10 B和11B)间较大的同位素相对质量差导致自然界明显的硼同位素分馏,加上硼易溶于水和活泼的化学性质,使其在不同的地质环境下具有不同的同位素组成.现已查明自然界硼同位素组成(δ11 B)的变化范围为-70‰～+75‰.较负的δ11B值见于非海相蒸发硼酸盐矿物和某些电气石,而较正的δ11 B值见于盐湖卤水和蒸发海水.20世纪80年代以来,随着硼同位素测量方法的建立和改进,硼同位素地球化学研究领域不断拓宽.目前,硼同位素已成功地应用于判别沉积环境、示踪地下水污染、研究矿床成因、示踪海水入侵、重建古海洋与古气候条件和研究大陆化学风化等方面.综合概述了硼同位素的分馏机理、硼同位素在自然界的分布及其硼同位素在地球化学领域研究中取得的成果、最新进展以及研究中存在的问题,以促进硼同位素地球化学研究在我国的进一步发展.     

亚马孙河及其河口区中颗粒有机碳的来源和运移

本文将碳同位素比值用于研究亚马孙河及其主要支流中颗粒有机碳(POC)的来源,同时也探讨了河流POC向海洋环境的输送,在亚马孙河上游POC的碳同位索值δ13C(-24.5——28.0‰)较之在其中下游的相应值(-27.9——30.1‰)要重一些一般来说,其支流POC的同位素组成要比在亚马孙河主航道中测得的值要轻一些由碳同位素数据证明,亚马孙河主航道中POC的主要来源是陆地物质,而不是河生生物,在亚马孙河口区和淡水舌中观测到POC的同位素组成有很大的变化范围(-17.5——28.4‰),这被认为是河流的POC与海洋的POC在该区域中混合作用的结果.由同位素数据可计算出河流有机碎屑沿平行于河流航道方向向海可搬运至距河口290km处,而沿亚马孙河淡水舌方向在河口西北方向1100km处仍可看到河流POC的稳定同位素信号.     

现代海底热液沉积物的硫同位素组成及其地质意义

共收集到现代海底热液沉积物的1264个硫同位素数据,结合我们对冲绳海槽Jade热液区和大西洋中脊TAG热液区中表层热液沉积物的硫同位素研究成果,对比分析了不同地质-构造环境中海底热液沉积物的硫同位素组成特征及其硫源问题.结果表明:(1)现代海底热液沉积物中硫化物的硫同位素组成集中分布在1‰～9‰之间,均值为4.5‰(n=1042),而硫酸盐矿物的硫同位素组成主要分布在19‰～24‰之间,均值为21.3‰(n=217);(2)无论在洋中脊还是在弧后盆地扩张中心,无沉积物覆盖热液活动区中热液沉积物与有沉积物覆盖热液活动区相比,其硫同位素组成的分布范围相对狭窄;(3)各热液活动区中硫化物硫同位素组成的不同,反映出各自硫源的差异性.无沉积物覆盖洋中脊中热液成因硫化物的硫主要来自玄武岩,部分来自海水,是玄武岩和海水硫酸盐中硫不同比例混合的结果,而在弧后盆地和有沉积物覆盖的洋中脊,除了火山岩以外,沉积物和有机质均可能为热液硫化物的形成提供硫;(4)现代海底热液沉积物硫同位素组成的变化和硫源的不同可能归因于海底热液体系中流体物理化学性质的变化、岩浆演化和构造-地质背景的不同.     

错流超滤技术在海水胶体态铀、钍、镭同位素和有机碳研究中的应用

建立了由预过滤装置、蠕动泵、中空纤维超滤膜(AmiconH10P10-20,标称截留分子量10KDa)和连接管组成的错流超滤系统,利用荧光标记的40KDa葡聚糖和已知放射性活度的234Th示踪剂评估了超滤膜的截留和吸附性质,探讨了234Th在超滤过程中的渗透行为,考查了该系统用于实际海水样品时铀、钍、镭同位素和有机碳的质量平衡状况.结果表明,10Kda中空纤维超滤膜对40Kda葡聚糖具有良好的截留效率(85%),而吸附损失率为18%.铀、钍、镭同位素和有机碳在超滤过程中均达到极佳的质量平衡,回收率R=95%～98%,优于大多数文献报道的值.234Th在超滤过程中的渗透行为可以很好地用渗透模型加以描述.研究组分胶体态含量占“溶解”态含量的份额大小顺序如下:钍同位素、有机碳、镭同位素约等于铀同位素,这与钍为强颗粒活性元素、铀和镭为水溶性元素的地球化学性质相吻合.     

水体沉积物中有机碳和有机分子碳稳定同位素研究进展

有机碳是指存在于沉积物总有机质(TOC)中的碳。由于同位素之间的物理、化学性质的不同,生物在生存活动过程利用环境中碳的同时改变了其同位素的比值,即产生同位素效应(isotopic effect)。通过检测来自于生物有机质中的碳同位素比值,就有可能对沉积物所在地的环境变化信息进行重     

氢和氧稳定同位素示踪湖泊蒸发的对比研究

氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H~2HO和H_2~(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分馏学系数的传统湖泊算法与海洋算法的适用性;重点分析了H~2HO和H_2~(18)O示踪湖泊蒸发的效果,对比二者之间的差异。研究结果表明,在空间上,太湖湖水和河水的氢氧同位素在南部特别是东南部较为富集但在北部区域较为贫化,这主要是受水流方向的控制,东南部湖水经历的蒸发时间较长,因此湖水中同位素累积较多;在季节上,冬季湖水同位素较贫化、春夏季较富集。对于2015年太湖的年蒸发量,用氢同位素示踪的结果与观测值较一致,为880mm;氧同位素的示踪结果略低,为690mm。使用传统湖泊研究中对动力学分馏系数的取值,会导致蒸发被显著低估,而氧稳定同位素的示踪结果对动力学分馏系数的取值更为敏感,同时氢稳定同位素在同位素分馏过程中主要是平衡分馏效应占主导,因此H~2HO在动力学分馏系数的参数化方案中影响较小,在实际应用中更为稳定。本文的研究结果表明了稳定同位素水文学研究中使用合适的动力学分馏系数的重要性。     

台湾东北部龟山岛附近海域自然硫烟囱体的铅同位素组成及地质意义

为了探讨龟山岛附近热液自然硫烟囱体的物质来源,通过测定烟囱体内铅同位素的组成特征,分析了该地区热液活动的铅元素物源.研究结果表明,龟山岛附近热液自然硫烟囱体中的铅同位素组成具有很小的变化范围和较均一的铅同位素组成特征,但是与其它深海热液沉积物的铅源不同,与北半球铅同位素的参考线(NHRL)相距甚远.虽然自然硫烟囱体出现在海水环境,但是海水对其不存在铅的贡献,烟囱体内的元素铅主要是陆壳来源.根据以上结果可以进一步推断,龟山岛热液活动区的下伏地层中,存在一定分布范围的陆壳,这对于研究该地区复杂的地质构造特征具有一定意义.     

黄河三角洲湿地土壤、植物碳氮稳定同位素的组成特征

对黄河三角洲湿地表层土壤和植被进行了碳氮同位素调查,发现本区植物的碳氮同位素值域变化幅度较大,生态系统以喜湿的C3植被类型为主,也生长C4植物.植物的碳、氮同位素之间不存在相关关系.表层土壤中碳氮同位素组成存在着弱负相关关系,反映本区表层土壤中有机质有多种来源.土壤Corg/N比值差异很大,大部分地区土壤Corg/N比...     

海洋悬浮颗粒物中氮同位素的 EA-IRMS法测定

本测定方法利用元素分析 同位素质谱 (EA IRMS)分析系统 ,设计改装了一套适用于大气氮标定钢瓶氮同位素的封闭分析系统 ,并建立了测定悬浮颗粒物中氮同位素的分析方法 .将海水样品经 45 0℃预燃烧过的玻璃纤维滤膜过滤 ,获得悬浮颗粒物 .设定大气δ1 5N值为零 ,连续进样 12次 ,测定大气氮的δ1 5Nair 值为 ( 0 .0 2±0 .0 3)‰ ;并对参考气高纯钢瓶氮进行了标定 ,其δ1 5Nair值为 ( -0 .0 9± 0 .0 2 )‰ ;其离子强度在 0 .5 0～ 6 .0V之间具有良好的线性 ,样品分析精度优于 0 .15‰ .采用该方法实测 5 8份海水悬浮颗粒物 ,获得1 5N天然丰度平均值为 0 .36 7% .     

太平洋三海区热液烟囱物的氧同位素

使用氧同位素方法,测试了西太平洋马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽、冲绳海槽和东太平洋加拉帕戈斯裂谷的海底热液烟囱和硫化物全岩样品.结果表明马里亚纳岛弧上的埃斯梅拉尔达破火山口的热液硫化物的形成温度最高(达275℃),而成为高温产物的代表;冲绳海槽和加拉帕戈斯裂谷烟囱,表现为中高温类型,其氧同位素温度在150℃     

太平洋CC区多金属结核Ce同位素组成——幔源Ce证据

利用对太平洋多金属结核资源调查取得的多金属结核样品,对太平洋CC区多金属结核的Ce同位素组成特征进行了研究,结果表明:太平洋CC区多金属结核的Ce同位素组成.138Ce/.142Ce较低,εCe为负值,与大西洋多金属结核的同位素组成正好相反,但与洋中脊玄武岩(MORB)和太平洋0～500 m上层海水的Ce同位素组成相似.Ce、Nd的单一源模式和Ce-Nd同位素体系模式都不能解释太平洋多金属结核的这种负εCe和εNd特征,表明太平洋CC区多金属结核中的Ce、Nd可能具有不同的来源,前者来源于地幔,后者来源于大陆,幔源Ce的光致还原作用是太平洋CC区多金属结核中负εCe形成的又一因素.     

马里亚纳海槽热液烟囱的显微构造及形成温度研究

本文通过对马里亚纳海槽海底热液烟囱体试样进行的扫描电镜(SEM)观测和δ18O值测定,研究了以蛋白石为主的中低温热液矿物类型和形成温度.表明纯硅质烟囱的氧同位素温度低于40℃,与黄铁矿、白铁矿和重晶石共生的热液烟囱氧同位素温度接近100℃,反映了马里亚纳海槽海底热液活动的产生条件和性质.     

海水U、Th长寿命核素的高精密度MC-ICP-MS测定方法

建立了适合海水U、Th同位素高精密度测量要求的MC-ICP-MS方法.确定了采用Mg(OH)2共沉淀法富集海水U、Th同位素时的最佳NH3·H2O浓度为0.14 mol/dm3.采用CRM-145 U标准溶液,经质量分馏、电子倍增器增益、丰度灵敏度、仪器及试剂本底和记忆效应等校正后,历时3个月得235U/238U和234U/238U的准确度分别优于0.05%和0.08%,精密度分别优于0.12%和0.10%.将该方法应用于台湾海峡B9站位3份平行水样中U、Th同位素含量及比值的测定,得238U平均含量为3.05±0.05μg/kg,234U/238U平均值为(6.28±0.11)×10-5,U含量及其同位素比值的标准偏差均小于3%;232Th的平均含量为(1.66±0.04)×103pg/kg,232Th/230Th平均值为(1.95±0.01)×105,Th含量及其同位素比值的标准偏差均小于2%.测定结果与海区的水文学条件及物质来源相吻合,证明了方法的可靠性.     

Gasbench Ⅱ-IRMS升级N_2O预富集装置测定海水硝酸盐的氮氧同位素

本研究研制了由气压棒、气体控制阀、不锈钢管冷阱、石英毛细管冷阱、杜瓦瓶、化学阱等构成的N_2O预富集装置,通过扩展GasbenchⅡ功能控制冷阱的升降,改造气体回路、进样针和样品盘,实现N_2O的预富集以及GasbenchⅡ自动进样与IRMS联机测定.通过将海水中的硝酸盐经化学方法转化成N_2O,建立了海水硝酸盐氮、氧同位素的分析方法.研究表明,所建立方法对海水硝酸盐氮、氧同位素的分析具有很好的精度,硝酸盐δ~(15)N、δ~(18)O及峰面积的相对标准偏差分别小于1%、3%和5%.对采自南极普里兹湾海水样品中硝酸盐氮、氧同位素的分析结果与文献报道值吻合,也与海水硝酸盐氮、氧同位素组成的变化规律相一致,证明所建立的技术方法可成功运用于海水硝酸盐氮、氧同位素的分析.     

崂山湾潮间带食物网结构的碳稳定同位素初步研究

通过对1993年8月和1994年2和5月在崂山湾潮间带采集的底栖生物碳稳定同位素组成(δ13C值)的分析,发现该区底栖动物的主要食物来源以δ13C值大致可划分为4类:水体中的颗粒有机质(POM)、底栖硅藻、大型底栖藻类和底泥中的有机物质(SOM).研究结果表明,底栖动物的碳稳定同位素组成与其所摄食的食物的碳稳定同位素组成有密切的关系,因此,底栖动物的碳稳定同位素组成可以用于研究其食物来源.碳稳定同位素数据证实,双壳类等滤食性动物的食物来源主要是POM;甲壳动物的δ13C值的范围较大,证明其食物来源的多样性;底栖硅藻是多数腹足类食物来源的相当重要组成部分.用碳稳定同位素示踪剂对该区底栖-水体耦合作用的初步研究表明,水体中的POM是底栖动物的重要食物来源,但底泥中有机质和底栖硅藻也是许多底栖动物食物来源的相当重要的组成部分.     

西沙群岛石岛晚更新世碳酸盐沉积物的稳定同位素地层学

冰期与间冰期的交替,是第四纪地质历史的重要特征之一.这些事件造成的全球规模的等时面,为第四纪地层的划分和区域对比提供了基础.自从Emiliani于五十年代中期用深海岩芯的氧同位素曲线划分气期以来,稳定同位素地层学有了长足的进展,解决了许多其它方法无法解决的地层学难题.1984年,地矿部海洋地质研究所在西沙群岛石岛完成了西石-1井,孔深为200.63米.其目的是确定石岛晚更新世风成生物砂屑灰岩的底界,验证风成沉积模式,解决有关的地层学和沉积学问题.为此进行了~(14)C测年和铀系测年,并在孔深0—150米的范围内进行了系统的碳、氧稳定同位素分析.资料表明,~(14)C年龄普遍都有年轻化的趋势,而铀系年龄则偏大.只有氧稳定同位素呈现大幅度的变化,并可与世界其它海区的资料相对比.石岛的资料进一步证明了碳、氧稳定同位素作为一种地层工具的可靠性和前景,同时也为重建该区的古海洋学提供了有意义的信息.现将资料讨论如下.不妥之处,敬希指正.     

加拿大贝德福海洋研究所陈振雄博士访问二所

加拿大贝德福海洋研究所、同位素化学专家陈振雄博士(Dr.F.C.Tan)应厦门大学邀请,于1983年11月9日至12月2日来华讲学访问。 陈振雄博士注重研究海洋稳定同位素地球化学,在学术上有较高的造诣。他对加拿大圣劳伦河口与圣劳伦海湾的水体、悬浮物质及表层沉积物中的碳、氧稳定同位素作过     

用铀系法测定年轻地质体的年龄

铀系法在测定年轻地质体年龄方面,已引起国内外地质学者的普遍重视.当前,在以年轻的地质体为对象的同位素地质年代学测年方法中,C~(14)法一般只能测到4万年左右,钾-氩法在测定第四纪地质年龄方面仍在摸索中.而以铀-钍系列各有关同位素或以它们的比值为基础的各种测年方法,却能有效地测定数万年至数十万年的地质年龄,它填补了C~(14)法和钾-氩法之间这段地质年代的空白.现在该方法已在第四纪地质学,海洋沉积学、洞穴学、考古学和古气候学等领域的科学研究和生产工作中得到愈来愈广泛     

现代海底热液沉积物中硫化物集合体和其单矿物之间的硫同位素关系及其意义

硫化物集合体的硫同位素比值介于其单矿物中硫同位素比值的最大和最小值之间。当｜δ2-δ1｜<Δ时 ,δ(1 2 ) 与矿物中硫同位素组成最大和最小值的距离均小于Δ。当｜δ2-δ1｜>Δ时 ,δ(1 2 ) 与δ1 和δ2 的距离有可能大于Δ。对现代海底热液沉积物来讲 ,排除了生物和有机质的影响后 ,直接测定其硫化物集合体的硫同位素比值进行同位素示踪研究是可行的。     

单体分子放射性碳同位素分析在海洋科学及环境科学研究中的应用

单体分子放射性碳同位素分析(CSRA)是近十几年来发展起来的一项新兴的分析手段,将所需的单体分子(生物标志物)从复杂的环境样品基质中分离并富集,再进行加速质谱仪(AMS)的放射性碳(14C)测定。这种分子水平的放射性碳同位素测定技术能够揭示出总有机质同位素组成的异质性,为解释有机碳的来源、迁移和转化等提供了新型的手段。在海洋科学研究中,单体分子放射性碳同位素分析已应用于计算碳在全球各储库的逗留时间并揭示和定量估算化石源有机碳的输入、指示沉积物的搬运过程、示踪微生物的代谢途径、改进沉积物年代学等;在环境科学研究中,单体分子放射性碳同位素分析可用于有毒物质(如多环芳烃)的源解析,示踪有机污染环境中微生物的代谢途径等。伴随着单体分子分离技术的改进及AMS灵敏度的提高,CSRA技术的应用会更加广泛。