玄武岩及硫化物淋洗过程Cu同位素分馏实验

<正>作为重要的过渡族金属元素和营养元素,Cu的地球化学循环对海洋生命演化非常重要[1]。而海洋中的Cu大多来自大陆风化输入,因此研究风化过程的Cu同位素分馏行为至关重要。岩石风化过程会释放金属离子进入水体,进而影响金属离子在水圈和岩石圈的地球化学循环过程,研究风化过程Cu同位素分馏情况能够更好地应用Cu同位素解释自然环境中Cu同位素变化及其循环过程。前人主要集中研究酸性条件下的含Cu硫化物淋洗过程中Cu同位素变化[2-5],但含Cu硫化物中的Cu只占硅酸岩总Cu中的     

洋壳蚀变过程中Cu和Zn同位素分馏:对海洋Cu和Zn循环的制约

<正>铜(Cu)和锌(Zn)属于第一过渡族金属元素,分别有2种(63Cu、65Cu)和5种(64Zn、66Zn、67Zn、68Zn、70Zn)稳定同位素。Cu-Zn都属于生命元素,它们在海洋中的地球化学循环对海洋生产率发挥着重要作用。现有研究表明,海水的δ65Cu和δ66Zn分别为ca.0.9‰和ca.0.5‰,显著重于河水的Cu-Zn同位素组成(δ65Cu=ca.0.6‰和δ66Zn=ca.0.3‰);说明海洋中至少存在一个具有轻Cu-Zn同位素组成的储库。海底Fe-Mn结壳和碳酸盐岩石海洋Cu-Zn输出的重要渠道。已有研究表明,三大洋中的Fe-Mn结壳的δ65Cu和δ66Zn分别为0.44±0.23‰和1.04     

表生环境中镁同位素的地球化学循环

近些年表生环境中镁同位素分馏取得了一系列重要研究进展,这些新认识为深入理解表生环境中镁同位素地球化学循环奠定了基础。表生环境中镁同位素的地球化学循环主要涉及风化、河流搬运、碳酸盐沉淀、水岩反应等重要地质过程。风化过程中镁同位素发生显著分馏,硅酸盐风化产物中富集重的镁同位素,轻的镁同位素易进入水体。河流搬运过程中,镁同位素不发生分馏,但外源输入可能影响水体的镁同位素组成。河水汇入海洋后,碳酸盐沉淀过程可导致轻的镁同位素以碳酸盐的形式从海水中移出。在海底高温水岩反应过程中,海水中绝大多数的镁(80%~87%)都进入岩石,循环后的热液可能富集轻的镁同位素。海底低温水岩反应过程中海水的镁可以进入岩石并形成次生矿物,此过程的镁同位素分馏主要与次生矿物的形成有关。此外,海水中的镁易与黏土矿物发生交换反应,此过程黏土矿物倾向于吸附轻的镁同位素。总之,在表生环境中上地壳的镁(δ26Mg约为-0.22‰)经历风化作用、河流搬运、海洋贮存,最终以碳酸盐岩(δ26Mg一般小于-1‰)或与玄武岩发生反应的形式重新回到岩石圈。     

过渡族金属元素同位素分析方法及其地质应用

由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪 (MC ICP MS)的应用 ,近年来过渡族金属元素 (Cu ,Zn和Fe)同位素地球化学有了长足进步 ,成为国际地学领域的一个前沿研究方向。Cu同位素在自然界中的变化最大 ,δ65Cu值为 - 3.70‰～ +2 .0 5‰ ;Zn和Fe同位素变化比Cu同位素变化小 ,δ66Zn值为 - 0 .6 4‰～ +1.16‰ ,而δ56Fe值为 - 1.6 2‰～ +0 .91‰。自然界中各种无机过程 (从高温到低温 )和生物有机过程均能使Cu ,Zn和Fe同位素发生分馏。Cu、Zn和Fe在自然界中广泛分布于各类矿物、岩石、流体和生物体中 ,并广泛参与成岩成矿作用、热液活动和生命活动过程。因此 ,这些过渡族金属元素同位素已在陨石和宇宙化学、矿床学 ,海洋学和生物学等领域的研究中取得了显著成效 ,并将成为地球科学中具有巨大应用前景的一种新的地球化学手段。     

低温环境下Zn同位素分馏的若干重要过程

锌同位素是一种新的地球化学示踪剂,详细了解锌同位素分馏过程与机理是运用其解决科学问题的关键.本文对前人研究的吸附、沉淀、扩散、还原、生物过程中的锌同位素分馏研究结果进行了系统总结.在沉淀过程中.沉淀富集轻同位素;随着扩散距离增加,溶液Zn同位素组成变轻;还原生成的金属Zn富集轻同位素;在生物参与的Zn地球化学循环过程中,硅藻表面吸附重同位素,但生物本身优先利用轻同位素.     

植物中Cd同位素分馏特征研究——以Cd超富集植物龙葵及耐性植物蓖麻为例

<正>Cd是一种剧毒重金属元素,容易通过食物链的富集作用进入人体危及人类健康,Cd污染一直是科学界重视的研究课题之一,查明Cd污染源并从源头上加以控制,对实施污染治理改变环境现状具有十分重要的意义。近年来,多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的发展拓宽了Cd同位素的应用范围,Cd同位素已成功应用到陨石样品、海洋样品和岩石样品,研究行星演化、海洋体系的物质与循环,也逐渐的用于现代环境科学领域示踪Cd元素的污染来源,而对于植物中Cd同位素分馏特征研究报道较少,高等植物生命活动过程中Cd同位素的分馏、分馏大小及主要影响因素均尚不清楚。本研究通过对不同淋洗     

安山岩风化过程中元素行为——以豫西熊耳山地区为例

在风化过程中主量元素的风化行为可用风化指数来表征,但对在地球化学中更重要的微量元素的风化行为还缺少研究。本文研究了豫西熊耳山地区—安山岩风化剖面,发现花岗岩风化指数(WIG)也适用于安山岩风化过程的定量表征。基于上陆壳作标准绘制风化剖面样品稀土元素配分曲线时,发现风化过程稀土元素出现分馏现象,表现为富集中稀土;但基于球粒陨石作标准时,风化壳样品均具有相似的稀土配分曲线形态,即上陆壳是一种比球粒陨石更为敏感的稀土元素标准化标尺。牛头沟金矿区安山岩风化过程中部分微量表现出随风化程度增强而显著富集的特征,Au、Ag含量变化可达两个数量级以上,Pb、As、Hg可达一个数量级以上。     

湖北兴山白果园黑色页岩型银钒矿床金属元素的有机/无机结合状态

干酪根是沉积岩中最主要的有机质。在数量上干酪根占沉积有机质总量的90％以上,对于古老的黑色页岩这个数值可能更高一些。因此,干酪根中金属元素的结合状态基本上反映了沉积岩中金属元素的有机结合状态。本文采用干酪根纯化、质子探针和中子活化的分析方法,研究了湖北兴山白果园黑色页岩型银钒矿床中金属元素的有机/无机结合状态。同全岩相比,干酪根中金属元素的富集具有如下特征:①Au是在干酪根中富集系数最大的元素,比原岩富集了16～18倍.富集系数>10的还有Ta,Se和Hg,表明黑色页岩中的干酪根有强烈富集Au、Ta、Se、Hg的能力。②Ga、Ag、Zn、As、Cu、Sb趋向于在干酪根中富集,而且具有比较相近的富集系数(3.86～2.12),这与它们在黑色页岩中常常共生是吻合的,这些元素的富集与有机质有关。③Fe的富集系数<1,趋向于以无机形式存在,Mn、Cr与Fe比较类似。④V的富集系数<1,趋向于在无机矿物中富集,这与V置换伊利石中Al~(3+)和重晶石中的Ba~(2+)是一致的。⑤Hf有强烈的在有机质中聚集的趋势(富集系数平均     

钾稳定同位素在水文地球化学领域的研究进展与展望

地表硅酸盐岩矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源,然而相比于水体中的钙、镁和钠,目前对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏,表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成,发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K,为识别地下水的钾来源提供了基础;通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐岩矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为,发现硅酸盐岩矿物溶解分馏有限,次生黏土矿物形成引起水体富集41K,表面吸附和离子交换使水体富集39K,不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础;列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂,可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理;由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同,可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化...     

广东湛江湖光岩地区玄武岩风化壳Fe同位素研究

本文对广东湛江湖光岩地区厚度分别为4 m和7 m的两个不同喷发时代玄武岩形成的风化壳样品进行Fe同位素分析,分析结果显示:厚度4m风化壳样品Fe同位素组成δ57Fe范围为0.17‰～0.57‰;厚度7 m风化壳样品Fe同位素组成δ57Fe范围为0.20‰～0.68‰,相对于标准物质IRMM-014,不同深度风化壳样品均显示Fe的重同位素富集.两风化壳剖面自下而上,随风化程度增大,风化壳样品中Fe同位素分馏程度也呈现逐渐增大的趋势,表明风化壳样品中Fe的重同位素富集趋势与风化壳的发育程度正相关,风化壳土壤中Fe同位素组成是反映土壤风化程度的指标.另一方面,风化过程可将地球外部圈层(岩石圈、水圈、生物圈)有机结合起来,风化壳土壤Fe同位素组成变化是表生植物和水淋滤共同作用的结果,对化学风化过程中Fe同位素研究,将会极大地补充表生过程中同位素地球化学的知识,同时Fe同位素可作为表生过程中物质的循环、环境的变化等过程中有力的示踪/指示技术手段加以应用.     

滇东Pt-Pd-Cu含矿建造地球化学特征及其含矿性分析

滇东Pt-Pd-Cu含矿建造包括黑色页岩建造和玄武岩建造,黑色页岩建造由不同层位的黑色岩系组成.作者重点对元古宙昆阳群、下寒武统黑色岩系和二叠纪峨眉山玄武岩的地球化学特征进行了系统研究.研究表明昆阳群黑色岩系以As、B(K≥5)显著富集,Sb、Pd、Mo、Ag、U、Pt、V、Zn、W、Cu(K≥1.2)富集为特征;滇东下寒武统黑色岩系以Mo、Ag、U、As、V、B、Pd、Sb(K≥5)显著富集,Pt、Pb、Zn、W、Cu、Ni(K≥1.2)富集为特征;峨眉山玄武岩则以Pt、Pd(K≥5)显著富集,Au、Ag、Cu、Zn、Sb、B、U、V(K≥1.2)富集为特征.总之,分布于研究区不同层位的黑色岩系和二叠纪峨眉山玄武岩建造构成了该区贵金属(Pt、Pd、Ag、Au等)和有色金属(Cu、Mo、V等)元素成矿的初始矿源层,上述区域成矿要素最佳匹配地段是可能产出非传统贵金属(pt、Pd、Ag、Au等)和有色金属(Cu、Mo、V等)矿床的潜在地段.     

扬子地台西缘下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征北大核心CSCD

本文分析扬子地台西缘黑色页岩土壤(BSS)及其成土新鲜黑色页岩(FB)的主、微量元素的地球化学特征,探讨黑色页岩土壤成土地球化学作用机制。结果表明,黑色页岩土壤明显亏损MgO、CaO、Na2O、P2O5和LOI(有机质),而富集Al2O3和Fe2O3等主量组分;且明显亏损Ba、V、Ni、Cu、Zn和Sr等微量元素,但其他微量元素则不然。与成土母岩相比,黑色页岩土壤的化学组成相对均一。主量组分对黑色页岩与黑色页岩土壤之间化学组成有不同的影响,这种影响与CaO、Na2O和MgO等碱质组分、LOI所代表的有机质等的淋滤释出,及Fe2O3和Al2O3等氧化物的次生富集有关,其影响程度顺序为:CaO>Na2O>LOI>MgO>Al2O3>Fe2O3>MnO>K2O>SiO2>P2O5。推断黑色页岩风化-成土过程中有机质、黄铁矿、方解石、钠长石、斜绿泥石等不稳定矿物的化学蚀变分解和长石等硅酸盐矿物的水解导致CaO、LOI、Na2O、MgO、K2O和SiO2等主量组分,以及V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ge、Ba、Sr等微量元素的淋滤释出;而黏土矿物、铁-锰氧化物等次生矿物的次生富集,导致Fe2O3、MnO和Al2O3等主量组分,以及Pb、Cs、Co、Th、Sc、Ga、Rb、REE等微量元素在土壤中形成次生富集。故而黑色页岩可为环境重金属污染源,而黑色页岩土壤本身也可存在重金属污染。     

地球科学中铁同位素研究进展

21世纪初,铁同位素的高精度分析因多道等离子体质谱仪的引入成为可能。铁在自然界中具有高丰度、多价态和生物可利用性,其同位素地球化学受到广泛关注,并取得巨大的进展。本文综述了铁同位素研究的进展和在地球科学中的应用。这些进展包括：(1)查明了各类陨石的铁同位素组成,并制约了太阳系及早期行星演化过程;(2)调查了地球主要储库的铁同位素组成;(3)积累了大量高、低温常见体系中两相间的铁同位素分馏系数;(4)初步探明了岩浆过程(如部分熔融、地幔交代和岩浆分异等)中的铁同位素分馏行为;(5)初步查明铁同位素在主要低温过程(如风化、早期成岩作用等)中的分馏行为;(6)实例性研究揭示了沉积岩样品铁同位素在示踪古海洋大气氧逸度变化和早期生命演化方面的潜力。随着人们对铁同位素分馏机制理解的加深,各体系中分馏系数的积累,铁同位素将在地球科学的各个方面得到更广泛的应用。     

镁同位素体系在河流中的研究进展

近年来风化过程中镁同位素的研究取得了一系列重要进展,这些进展不仅有利于准确理解河流中镁同位素组成变化的机理,还为深入探讨镁同位素地球化学循环奠定了基础。河流既是风化过程中镁的汇,也是海洋中镁的源。流域河水的镁同位素组成主要与物源和迁移过程中镁同位素分馏有关。河水的镁主要来源于流域的岩石,也受风尘沉积、地下水、植物残骸、降雨降雪等因素的影响。河水迁移过程中镁同位素分馏过程主要为碳酸盐矿物沉淀和溶解、硅酸盐矿物水解、矿物或胶体物质的吸附作用以及植物的吸收作用。此外,水体中次生矿物的形成还可能反映了河流水化学参数(主量元素、CO2溶解度、p H等)的突变。因此,分析河水的镁同位素组成,探讨其主要的分馏过程,不仅是应用镁同位素示踪地表物质循环的基础,还对深入认识镁同位素的地球化学循环具有重要意义。     

海洋汞同位素研究进展

海洋作为地球上最重要的汞储库之一,在调节全球汞循环中起着关键作用.近年来,汞同位素在研究海洋汞生物地球化学循环方面展现出明显优势,不但能示踪现代海洋汞污染来源及转化过程,还可重建古环境、古气候.总结了不同类型海洋样品汞同位素检测方法,系统归纳了其汞同位素数据,并重点阐述了海洋汞同位素分馏机制.总体上,目前海洋汞同位素数据还很有限,海洋汞循环关键过程的同位素分馏效应及潜在机理研究相对缺乏,精确源解析困难,难以对全球汞关键过程和循环通量进行准确验证和制约.未来还需要深入研究汞同位素分馏机理,进一步明确海洋中汞的来源、迁移及转化,为完善全球汞循环及精准防控海洋汞污染提供基础数据和理论支持.     

湘西下寒武统黑色页岩风化元素活动规律

为探讨黑色页岩风化过程中的元素活动规律,采集了湘西东坪、柑子坪下寒武统黑色页岩风化-成土剖面的样品进行了主、微量元素地球化学分析。结果表明,两剖面风化层有不同的主量元素组成,但其土壤层的主量元素组成相对均一。主量元素Si、K、Na、P等在风化过程中活泼而被淋滤释出;而Al、Fe、Mg等元素既可被淋滤释出,又可产生次生富集。而成土过程中,所有主量元素都表现被淋出的特征。元素Mn的次生富集明显;重金属V、Ni、Cu、Cr、Co、Zn、Pb等在风化-成土过程中的化学活性与Al、Fe等主量元素相似;亲石元素Sc、Rb、Sr、Cs、Ba、Th、U、Ga、Ge等在风化-成土过程中的活性较强,趋于被淋出,且其淋滤释出率随风化程度增强而升高;高强场元素Zr、Hf、Nb、Ta等的化学活性相对稳定。     

流域风化过程稳定锶同位素的分馏与示踪

稳定锶同位素(δ~(88/86)Sr)是近年来新兴的一种非传统稳定同位素,应用其示踪大陆风化过程与海洋锶循环已成为学术界一个研究热点。目前稳定锶同位素质谱测试精度可优于0.03‰,自然界不同地质体δ~(88/86)Sr的变化范围为-3.65‰～1.68‰。研究发现,流域风化过程中原生矿物的差异性溶解、次生矿物的形成与吸附作用、碳酸钙沉淀以及生物作用都会使得流体相δ~(88/86)Sr升高,而固体相δ~(88/86)Sr降低,从而导致稳定锶同位素在河流溶解态和颗粒态具有不同的地球化学行为。河流沉积物δ~(88/86)Sr随着风化强度的增强而降低,具有示踪流域化学风化强度的潜力。同时,当前亟需深入研究表生风化过程中稳定锶同位素的分馏机制及制约因素,这是运用河水δ~(88/86)Sr示踪流域化学风化的关键,也为深入理解全球海洋锶循环提供借鉴。     

扬子地台西缘下寒武统黑色页岩土壤元素地球化学特征

本文分析扬子地台西缘黑色页岩土壤(BSS)及其成土新鲜黑色页岩(FB)的主、微量元素的地球化学特征,探讨黑色页岩土壤成土地球化学作用机制。结果表明,黑色页岩土壤明显亏损MgO、CaO、Na_2O、P_2O_5和LOI(有机质),而富集Al_2O_3和Fe_2O_3等主量组分;且明显亏损Ba、V、Ni、Cu、Zn和Sr等微量元素,但其他微量元素则不然。与成土母岩相比,黑色页岩土壤的化学组成相对均一。主量组分对黑色页岩与黑色页岩土壤之间化学组成有不同的影响,这种影响与CaO、Na_2O和MgO等碱质组分、LOI所代表的有机质等的淋滤释出,及Fe_2O_3和Al_2O_3等氧化物的次生富集有关,其影响程度顺序为:CaONa_2OLOIMgOAl_2O_3Fe_2O_3MnOK_2O SiO_2P_2O_5。推断黑色页岩风化-成土过程中有机质、黄铁矿、方解石、钠长石、斜绿泥石等不稳定矿物的化学蚀变分解和长石等硅酸盐矿物的水解导致CaO、LOI、Na_2O、MgO、K_2O和SiO_2等主量组分,以及V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ge、Ba、Sr等微量元素的淋滤释出;而黏土矿物、铁-锰氧化物等次生矿物的次生富集,导致Fe_2O_3、MnO和Al_2O_3等主量组分,以及Pb、Cs、Co、Th、Sc、Ga、Rb、REE等微量元素在土壤中形成次生富集。故而黑色页岩可为环境重金属污染源,而黑色页岩土壤本身也可存在重金属污染。     

汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。     

黄铁矿风化过程中元素的活性及对环境的影响

在对安徽铜陵鸡冠山硫铁矿尾矿中黄铁矿风化产物组构特征研究的基础上,划分出代表不同风化程度的4种矿石组构型,并进而对不同组构型中硫和金属元素的含量、宫集系数、流失系数变化进行了研究。研究表明在风化过程中,As、Sb、Cu、Zn明显富集,其中As、Cu、Zn对环境的潜在危害较Sb大;Co、Ni、Bi明显流失或严重流失,对环境已经形成污染,其中Bi的污染程度较高。