黄河流域硅酸盐风化的讨论（2）——流域耗水量对化学风化消耗大气CO2的贡献

由于流域人类活动对水资源的消耗,使河流下游径流量降低,因此研究流域化学风化时必须考虑耗水量的贡献。本文根据课题组2007年黄河流域的化学风化数据,结合流域耗水量,重新估算了黄河流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量和消耗率,分别为19.92×109mol.a-1和26.50×103mol.km-2.a-1。黄河流域耗水量对硅酸盐风化消耗大气CO2的贡献已经达到了入海径流量所表征的数量级。针对黄河流域岩石分布类型复杂的特点,作者提出了分段考虑耗水量的计算方法,定量给出了黄河上、中、下游硅酸盐风化CO2的消耗量和消耗率。黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游,消耗量中游>上游>下游。上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别为下游的33和37倍左右。     

黄河流域化学风化作用与大气CO2的消耗

通过对黄河水化学的相关分析和因子分析,得到大气CO2、碳酸盐、蒸发盐、硅酸盐风化过程对黄河水溶解质的贡献率分别为9.78%、37.3%、37.6%和7.54%,表明黄河流域碳酸盐和蒸发盐的溶解是最主要的风化过程,对河水化学的总贡献率达到74.9%.黄河水中约90%的HCO3-来自碳酸盐风化过程,10%来自硅酸盐化学风化.由此对流域现代风化率和大气CO2消耗量进行了估算,得到黄河流域化学风化率和CO2消耗率分别为33.6 t/km2*a和143.85×103 mol/km2*a,其中碳酸盐和硅酸盐风化过程消耗的CO2分别为117.70×103 和26.15×103 mol/km2,黄河流域每年消耗的大气CO2总量达到108×109 mol.与世界流域盆地年均消耗CO2量相比,虽然黄河流域的化学风化率属世界平均水平,但黄河流域风化作用的CO2消耗率却比世界平均值低约41%,这是因为黄河流域是世界上蒸发盐含量最高的地区之一,流域蒸发盐、碳酸盐风化作用占主导地位,而硅酸盐风化作用很微弱.     

东北西部碱水水域对虾生存和生长与K~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Na~+/K~+及M/D的关系

利用盐碱化湖泊和池塘水进行凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)淡化幼虾的生长试验,研究对虾生存和生长与水环境 K+,Ca2+,Mg2+,Na+/K+ 及 M/D(离子系数)的相关性,为内陆碱水水域养殖提供科学依据.结果表明,在碱度为 10.32～38.50 mmol/L,盐度 1.02～3.34,pH 8.5～9.5 的试验水环境下,幼虾存活率差异极显著(P< 0.01),体重特定生长率(SGRW)无显著性差异(P>0.05).存活率和 SGRW 值与水环境因子间的相关性存在因子间的互作效应,其简单相关系数都受到其他因子组合的负效应影响.存活率与 K+,Ca2+,Mg2+ 质量浓度和 Na+/K+ 及 M/D 的相关性不显著;SGRW 值与 Ca2+,Mg2+ 质量浓度和 Na+/K+ 及 M/D 显著相关,与 K+ 质量浓度的相关性很小(P>0.05).投施 KCl,CaCl2 及 MgCl2,可以改善内陆碱水水域 K+,Ca2+,Mg2+,Na+/K+ 及 M/D 的组成结构,有利于对虾生存与生长.     

黄河青藏高原亚流域主要支流化学风化CO_2消耗及DIC输运

Wang等提出了青藏高原亚流域是黄河水体中高DIC的主要来源,是黄河DIC输运通量主要贡献者的观点。然而青藏高原亚流域最大的三条支流—洮河、湟水和大通河均位于青藏高原与黄土高原的交界处,流域面积总和约占青藏高原亚流域的25%,主要支流化学风化对大气CO_2的消耗量,以及CO_2消耗主要来自于青藏高原部分还是主要与黄土分布相关值得关注。本文根据2015年8月对洮河、湟水和大通河及干流兰州站的调查采样,运用Forward模型分析河水主要离子来源,研究了各支流化学风化强度。结果表明:洮河、湟水和大通河三条支流的化学风化大气CO_2消耗量分别为54.85×108、33.77×108和50.04×108 mol·a-1,CO_2消耗率分别为21.96×104、22.01×104和33.08×104 mol/km2·a,并以碳酸岩风化消耗为主。三条支流CO_2消耗量占青藏高原亚流域的32.8%,DIC输运通量占31.9%,且主要来自与黄土有关的青藏高原与黄土高原交错地带以及黄土高原部分。     

冠瘤海鞘幼体附着和变态的离子控制

研究了人工海水中三种金属离子K+,Mg2+和Ca2+分别在不同浓度下对冠瘤海鞘(Styelaca nopusSavigny)幼体附着和变态的影响,同时采用K+通道阻滞剂TEA检验其可兴奋细胞膜上的K+通道特性,对冠瘤海鞘幼体附着和变态的离子控制机制进行初步探讨,结果表明:K+的浓度为20~40mmol/dm3时诱导幼体附着和变态的效果最佳,低于45 mmol/dm3和高于80mmol/dm3的K+浓度都表现出抑制效果;Mg2+浓度在0~32 mmol/dm3时显著促进幼体附着和变态,达88mmol/dm3时起抑制作用;在人工海水中无论添加或减少Ca2+,均有效抑制幼体变态.TEA不能阻抑增加K+的诱导作用,这表明冠瘤海鞘幼体可兴奋细胞膜上的K+通道对外部TEA不敏感.另外,人工海水中缺乏K+或Ca2+或K+浓度达80mmol/dm3都会对冠瘤海鞘幼体产生毒害作用.     

莱州湾东岸地下水化学及盐化特征

以莱州湾东岸为研究区,利用统计分析、相关性分析、Piper图、饱和指数以及离子比例等方法系统研究了该区的浅层地下水化学特征及盐化机理。结果表明,水化学参数Cl-、HCO3-和Ca2+离子浓度较高,而Mg2+、K+离子浓度很低,研究区硝酸盐污染严重,平均离子浓度高达172.88 mg/L,为劣五类水质;Cl-、SO42-、Na+和K+的离子浓度变异系数较大,是随环境变化的敏感因子,是决定地下水盐化的主要变量;该区地下水中Ca2+、Mg2+和Cl-占主要优势,地下水化学类型复杂,按阳离子主要划分为Ca、Ca·Mg(Ca·Mg·Na)、Ca·Na(Ca·Na·Mg)及Na·Ca型水;按阴离子主要有Cl、Cl·HCO3(HCO3·Cl)、HCO·Cl·SO4(Cl·HCO3·SO4)、Cl·SO4、Cl·SO4·HCO3以及HCO3·SO4·Cl(SO4·HCO3·Cl)型水;TDS质量浓度呈现显著的空间结构性特征,表现为从中部向两侧浓度逐渐升高,由海向陆TDS质量浓度逐渐降低,南部TDS质量浓度要显著大于北部;蒸发沉积、溶滤、阳离子交换作用以及人类活动的影响是浅层地下水盐化的主要控制因素;岩盐、白云石、方解石以及石膏等矿物是地下水常规离子的主要物源。     

南黄海和东海北部沉积物地球化学Ⅰ——主要元素的地球化学

本文测定了取自黄海南部和东海北部的某些表层沉积物主要元素的含量。根据主要元素的丰度、概率分布及其共生组合得到下列结果：1．A1、Fe、Mg，Na、K的高含量分布地区与粘土沉积物相一致。Si的高含量区与砂质沉积相一致．Ca的高含量区与生物碎屑沉积物相一致：2．A1与K、Mg、Na、Fe呈正相关．Mg与Fe之间，Si，P和A1之间也是正相关，Ca和Mn与A1没有明显的关系；3．沉积物中A1、Fe、Mn、Mg、Na、K和P的含量随着远离海岸和海水深度增加趋于降低，Ca的变化没有规律．相反，在东海北部随着水深Ca含量增加，而Si与水深没有明显关系：4．黄海沉积物来源于黄河，东海北部沉积物来自长江。     

南黄海和东海北部沉积物地球化学Ⅰ——主要元素的地球化学

本文测定了取自黄海南部和东海北部的某些表层沉积物主要元素的含量.根据主要元素的丰度、概率分布及其共生组合得到下列结果: 1.Al、Fe、Mg、Na、K的高含量分布地区与粘土沉积物相一致.Si的高含量区与砂质沉积相一致.Ca的高含量区与生物碎屑沉积物相一致; 2.Al与K、Mg、Na、Fe呈正相关.Mg与Fe之间,Si、P和Al之间也是正相关,Ca和Mn与Al没有明显的关系; 3.沉积物中Al、Fe、Mn、Mg、Na、K和P的含量随着远离海岸和海水深度增加趋于降低,Ca的变化没有规律。相反,在东海北部随着水深Ca含量增加,而Si与水深没有明显关系; 4.黄海沉积物来源于黄河,东海北部沉积物来自长江。     

Ca2+、Mg2+及盐度对凡纳滨对虾体内代谢酶的影响

为探讨Ca2+、Mg2+、盐度对凡纳滨对虾体内代谢酶的相对独立作用和相互影响,进而为提高凡纳滨对虾生长力和免疫力提供理论依据,本实验采取L49(78)安排7水平Ca2+、Mg2+、盐度,L8(27)安排2水平Ca2+、Mg2+、盐度,开展60 d凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖试验,通过比较对虾体内消化酶、ATP酶及免疫类酶的活性以分析Ca2+、Mg2+、盐度对凡纳滨对虾生长力和免疫力的影响。结果表明:水体中Ca2+、Mg2+、盐度对消化酶具有显著影响(P<0.05),其中与对虾消化吸收联系最紧密的蛋白酶中,盐度对胃蛋白酶影响显著,盐度为10时酶活最高,Ca2+、盐度对类胰蛋白酶影响显著,Ca2+为200 mg/L,盐度为20时,酶活最高;Ca2+、Mg2+、盐度对ATP酶具有显著影响(P<0.05),其中对Na+-K+-ATP酶都有显著影响,Ca2+为300 mg/L,Mg2+为500 mg/L,盐度为30时酶活最高,Ca2+、Mg2+对Mg2+-ATP酶具有显著影响,Ca2+为200 mg/L,Mg2+为500 mg/L时酶活最高,Ca2+对Ca2+-ATP酶具有显著影响,Ca2+为200、300 mg/L时酶活最高;Ca2+、Mg2+、盐度对凡纳滨对虾体内免疫酶具有显著影响(P<0.05),Ca2+、Mg2+、盐度对ACP都有显著影响,Ca2+为100 mg/L,Mg2+为150 mg/L,盐度为30时酶活最高,Mg2+对AKP具有显著影响,在150 mg/L时酶活最高,Ca2+、盐度对SOD酶活具有显著影响,Ca2+为100 mg/L,盐度为35时酶活最高;Ca2+、Mg2+、盐度间的交互作用对体内代谢酶也有一定影响。     

金衢盆地TX红土剖面元素迁移特征

金衢盆地汤溪红土剖面主量元素地球化学特征研究揭示：（1）主量元素组成以SiO2、Fe2O3、Al2O3为主，K、Na、Ca、Mg等易溶组成含量很低。SiO2含量的平均值略低于UCC均值，Fe2O3、Al2O3含量则略高于UCC均值，符合亚热带地区风化成土中硅酸盐矿物大量转化为黏土矿物的脱硅富铝化过程的特征。（2）汤溪红土化学风化强烈，全岩样品的CIA指数（化学蚀变指数）高达89．10％～89．68％,ba（风化淋溶指数）系数为0．19～0．21。烧失量LOI与SiO2／AL2O3、SiO2／R2O3、CIA、ba系数之间均存在线性相关，对红土脱硅富铝和化学淋蚀程度具有一定指示意义。LOI值越大，脱硅富铝程度越强。（3）SiO2／Al2O3和SiO2／ReO3较好地指示了TX剖面从网纹红土至均质红土风化强度渐弱的趋势，TiO2一Al2O3、TiO2-Fe2O3、TiO2-SiO2、AlO3～K2O等元素对协变分析也得出了同样的结论，网纹红土风化程度较均质红土更强。（4）以zr为参比的元素剖面迁移特征表明，Fe2O3、Al2O3沿剖面向下呈相对富集态势，SiO2则相反，呈亏损态势；Na、P沿剖面均呈迁出特征，K、Mg、Ca呈波动式迁出，个别层段有轻微言集；Mn沿剖面向下呈亏损态势，与铁呈反向变化；Ti相对于Zr的迁移虽有波动但迁移量最小。τj.w系数总体上也反映TX剖面从上至下脱磕富铝化程度增强的趋势。     

珠江口表层水中主要常量离子的研究

９９４年９月采集了珠江口表层海水水样,并对其溶解态的Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ２－４、Ｃｌ等化学要素进行了测定。结果表明,珠江口调查海域表层水中溶解态的Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ２－４主要受陆源淡水与外海水物理混合稀释的影响,与Ｃｌ具有良好的直线正相关;Ｃａ２＋／Ｃｌ、ＳＯ２－４／Ｃｌ明显高于大洋水相应比值,Ｎａ＋／Ｃｌ、Ｍｇ２＋／Ｃｌ略高,而Ｋ＋／Ｃｌ比大洋比值低;在与中国其它各主要河口表层水对应Ｃｌ比较中,珠江口的ＳＯ２－４／Ｃｌ较高,而Ｃａ２＋／Ｃｌ,Ｍｇ２＋／Ｃｌ比值居低;上述各主要常量离子和Ｃｌ的等值线均沿自北向南走向递增。     

杭州湾溶解态的Ca2+,Mg2+,SO42-

为研究杭州湾河口海水地区性水化学特征,于１９９４年５月和１９９３年８月在杭州湾１４个大面站和两个连续站采集表层海水水样,对Ｃａ＾２＋、Ｍｇ＾２＋、ＳＯ４＾２－及Ｓ,Ｃｌ等化学要素进行了测定。研究结果表明,与黄河口长江口一样,杭州湾中溶解态Ｃａ＾２＋、Ｍｇ＾２＋、ＳＯ４＾２－主要受陆源径流与外海水物理混合稀释的影响,与Ｃｌ具有良好的线性关系。由于受北岸工业排废水的影响,Ｃａ＾２＋与Ｃｌ线性相关比Ｍｇ     

东海沉积物间隙水中K,Na,Xa,Mg硅酸盐的热力学平衡

研究了东海沉积物间隙水中Ｋ，Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇ硅酸盐的热力学平衡，结果表明，间隙水中的镁有明显转移，在较高的ｐＨ（〉８．５）下，可形成带Ｍｇ（ＯＨ）２夹层的无序海泡石（Ｗ）沉淀，从而有效地除去间隙水中的镁及溶解硅，海底到盐矿物钙长石，钾长石可风化为钙蒙脱石，高岭石等，钠长石仅表现为溶解，使间隙水中钠浓度增高。     

南沙群岛珊湖礁潟湖垂直沉降颗粒物中主要元素的生物地球化学过程研究

本文首次报道用沉积物捕捉器（ＳＴ）研究南沙群岛珊瑚礁湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形态、再循环过程及垂直通量与表层海水温度的关系。结果显示,作为生物化学沉积标志的Ｃａ、Ｍｇ具有最高的垂直通量,达１．４和０．１ｇ／（ｍ２·ｄ）以上,作为生物富集标志的Ｂｒ、Ⅰ也有较高的垂直转移量;垂直转移形态的研究表明Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ主要以碳酸盐结合态向海底转移,其中Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ占９９％以上,Ｆｅ、Ｉ、Ｂａ主要以铁锰氧化物结合态向海底输送,在垂直沉降颗粒物到达海底后,有相当部分的主要元素可再循环进入水体中,Ｂｒ、Ｉ、Ｋ、Ａｌ的绝大部分进入再循环,Ｍｇ、Ｎａ、Ｃｌ有一半左右进入再循环,Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ大部分被埋葬;Ｎａ等９种元素的垂直转移量随ＳＳＴ呈指数降低响应,对ＳＳＴ的敏感性Ｆｅ＞Ｂｒ＞Ｓｒ＞Ｃａ＞Ｎａ＞Ｃｌ＞Ｍｇ＞Ｉ＞Ａｌ,这再一次验证了ＣａＣＯ３随温度升高,其溶解度降低、化学沉积量增加这一自然界的普遍规律,表明在珊瑚礁海水的垂直沉降颗粒物中主要元素是作为珊瑚的重要成分与ＣａＣＯ３一同被沉积下来的,ＣａＣＯ３起到稀释剂的作用。     

莱州湾南岸平原地下水化学特征研究

用2009年莱州湾南岸地下水最新监测数据,将研究区地下水淡水区、微咸水区、咸盐水区和卤水区进行经典统计分析、相关分析、等值线图和Piper三线图绘制,阐述了水化学类型和成分特征从南往北的变化:EC、TDS、Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO42-的平均浓度从南部淡水到北部卤水呈现逐渐增大趋势,因为在卤水区普遍发生碳酸钙沉淀,Ca2+和HCO3-则在咸盐水区浓度达最高;pH值从淡水到卤水呈现从弱碱性到弱酸性的转变;从淡水区向卤水区地下水化学组分阴离子由HCO3-为主变为Cl-为主,阳离子由Ca2+为主变为Na+为主;此外河流对地下水起到淡化和冲刷的作用。主成分分析法提取了水化学3个主成分,分别代表了地下水盐化指标、生物化学作用和碳酸钙沉淀。进一步结合系数比值法和饱和指数计算,在对本区水文、地质以及离子水文地球化学特性分析基础上,指出地下卤水阴阳离子中占绝对优势的Cl-、SO42-、Na+、Mg2+的毫克当量百分数与正常海水的值非常相近而与地下淡水的值相差甚远,反映出本区地下卤水起源于古海水,为沉积海水。此外卤水绝非海水简单浓缩的产物,其间还包括复杂的水化学变质过程及后期演化如矿物沉淀、阳离子交换(K+-Ca2+;Na+-Ca2)+、去白云岩化作用和硅酸盐蚀变等。饱和指数的计算表明石膏在卤水矿化度达100 g/L之后才开始缓慢沉淀,而文石、方解石和白云石基本一直处于饱和沉淀状态,且文石和方解石的饱和指数散点分布极为相似,说明两者可能同时发生沉淀。     

青藏高原东北部黄土沉积化学风化程度及古环境

通过对青藏高原东北部西宁盆地大墩岭剖面24种常微量元素的测定及数据的处理分析，研究了该地区黄土沉积的化学风化程度及某些地球化学特征。相对上部陆壳(UCC)元素平均值，大墩岭剖面显著富集Ca、Mg、Ti、V、Cr、Ni、Y、Zr等，而亏损Si、Al、K、Na、Sr、Nb等；相对于中国黄土(CL)元素平均值，大墩岭剖面明显富含Fe、Ca、Mg、K、Ti、Cr、Mn、Cu、Rb、Sr、Nb、Ba和P，而Si、Na、Co、Ni、Pb则表现为亏损；在UCC标准化图与CL标准化图中，大墩岭黄土与古土壤变化趋势基本一致。大墩岭剖面尚处于脱Ca、Na的大陆风化初期阶段。与其他地区的风尘沉积相似，大墩岭黄土沉积很可能也起源于上部陆壳，但不排除物源存在一定差别。风尘堆积时该区的气候环境比黄土高原要干冷，这与青藏高原第四纪以来的强烈隆升有直接关系。     

南海东北部晚更新世以来沉积环境演变的矿物-地球化学记录

对南海东北部69柱(20°07.10'N,118°49.0'E)沉积物岩心进行碎屑矿物-地球化学特征研究,结果表明,以孔深165cm为界可划分出晚更新世末次冰期沉积和全新世冰后期沉积,这一地层划分结果与根据浮游有孔虫氧、碳同位素分析得出的结果是一致的.末次冰期时自生黄铁矿和硫元素高度富集,钠与铝、镁与铝和钠与钾的比值均较高,重矿物和SiO₂含量较高,CaCO₃含量较低,反映当时是一种相对闭塞的缺氧环境,气候干寒,化学风化作用较弱,以机械风化作用为主;研究区主要接受粒径较粗的硅质沉积;陆源物质的稀释作用可能是造成碳酸盐含量相对较低的主要原因.冰后期褐铁矿出现高含量,钠与铝、镁与铝和钠与钾的比值均降低,Al₂O₃和CaCO₃含量增高,反映沉积环境渐变为开放的氧化环境,气候转变为化学风化作用较强的湿热气候;研究区以接受较细粒的铝硅酸盐沉积为主,冰消期时还出现了碳酸盐保存高峰事件.     

顺序提取法探讨沉积物中主量元素在不同相态的分配特征

在Tessier以及欧共体标准局BCR等前人顺序提取方法的基础上,采用一套改进的顺序提取法对海洋沉积物以及一些水系沉积物标准物质的主量元素进行逐步提取。利用ICP—AES、ICP—MS方法分析了各提取液中Ti、A1、Na、Mg、K、Ca、P、Fe、Mn的含量以及它们在不同相态的分配特征,同时,进一步探讨了酸去除沉积物中非陆源组分的效果,结果显示,最后经盐酸淋滤后的样品,沉积物中的生物、自生组分已经被溶解,而残留下来的剩余物质基本上可代表海洋沉积物的陆源碎屑组分。     

南黄海牡蛎壳元素组成的原位微区分析及环境指示

碳酸盐生物壳体的周期性生长纹层是记录气候环境变化的天然材料。随着原位微区测试技术的快速发展,高分辨率的同位素和化学元素组成的快速分析显著推动了古气候环境变化及生物地球化学研究。应用激光剥蚀等离子体质谱仪(LAICP-MS)对南黄海现代牡蛎Crassostrea gigas壳体韧带部的元素组成进行原位微区测试,利用内标元素43Ca进行元素比值的校正,探讨了牡蛎壳中化学元素特征及其环境意义。研究的长牡蛎壳体中Mg/Ca、Sr/Ca、Na/Ca比值具有显著的季节性周期变化。环境水体物理化学性质的变化对壳体生长速率影响较大,壳中白垩质方解石和叶片方解石生长层分别对应较高和较低的环境温度,白垩方解石层具有较高的Mg/Ca、Sr/Ca和较低的Na/Ca比值。Mg/Ca比值可指示牡蛎壳体生长环境水体温度,利用前人Mg/Ca比值公式计算可以恢复与器测资料相符的近岸海水温度结果。本研究对应用LA-ICP-MS分析技术开展高分辨率的生物壳体元素组成和环境示踪研究具有借鉴意义。     

珠江口表层水中Alk,K~ ,Na~ ,Ca~(2 )运移过程的稀释规律

１９９４ 年９ 月１ 日～１１ 日采集珠江口表层海水水样。利用模拟水样和现场水样稀释比与化学要素浓度关系的数学模式,对珠江口表层水Ａｌｋ ,Ｋ＋ ,Ｎａ＋ ,Ｃａ２ ＋ 在运移过程的稀释规律进行了研究,并利用上述模式计算了珠江口表层水样的Ａｌｋ ,Ｋ＋ ,Ｎａ＋ ,Ｃａ２ ＋ 在河海水整个混合过程和相应于各稀释比条件下的转移量。