生物对环境元素和稳定同位素的选择性及研究实例

利用现代生物学最新研究成果和研究模式,对生物及其生活环境中的元素和稳定同位素之间存在的对应关系进行总结和分析认为,生物因生理、地化环境、元素形态及其利用原则等内外因子而对其生活环境中的元素和稳定同位素存在不同程度的选择性吸收、利用和富集,具体的选择性利用机制均可以从生物的形态构造直至分子水平上加以解释.当环境中元素、同位素含量发生变化时,生物因其对各元素生态幅和耐受限度的差异而并不完全对环境中化学因子的变化产生一致性的响应,分别表现为时代效应、耐受限度效应和生态幅重叠等效应等.部分生物壳体"第二层"与其围岩碳、氧同位素比值及其变化趋势保持着较好的一致性.上述认识不同程度地在泥盆纪腕足类Rhynchospirifer属和Stringocephalus属为代表的生物壳体"第二层"及其围岩的研究中得到验证.     

全球不同构造环境蛇纹岩全岩和矿物微量元素组成及非传统稳定同位素(Fe-Zn-Cu同位素)特征

蛇纹岩对地球深部和浅部的元素循环以及氧化还原状态调节具有非常重要的作用。蛇纹岩中的流体活动性元素(fluid-mobile element, FME)是揭示地幔岩石水化、脱水以及元素循环的关键。本文系统收集和分析了前人报道的不同构造环境的蛇纹岩矿物化学、全岩微量元素和非传统稳定同位素(Fe、Zn、Cu)的组成特征,试图从多个角度总结蛇纹岩脱水过程的元素迁移规律及流体性质。蛇纹岩主要矿物蛇纹石微量元素含量具有以下主要特征：(1)不同变质程度的蛇纹岩中的蛇纹石既包含轻稀土元素(light rare earth element, LREE)富集,又包含LREE亏损的特征;(2)纤蛇纹石的REE和微量元素分布在利蛇纹石和叶蛇纹石的范围内,利蛇纹石重稀土元素(heavy rare earth element, HREE)整体上略高于叶蛇纹石且更加富集FME;(3)通过中度不相容元素与REE含量相结合,能够较好地区分橄榄石和辉石蛇纹石化所形成的蛇纹石,即辉石形成的蛇纹石富集相容元素(如Sc、Zn、Cr、Y和Ti等)并具有较高的HREE,而橄榄石形成的蛇纹石则表现为平坦且整体较低的REE分布型式。在...     

甘肃阳山金矿床微量元素及稳定同位素的地球化学研究

甘肃省阳山金矿位于川陕甘交界地带 ,为近年发现的一特大微细浸染型金矿床。该矿目前已发现 4个矿段 ,均赋存于浅变质的泥盆系地层中。矿体在平面上呈舒缓波状 ,在剖面上为脉状、似层状。矿石中金属矿物主要为黄铁矿和毒砂 ,金主要以微细粒金 (2～ 3μm)包裹于毒砂、黄铁矿及粘土矿物之中。矿床微量元素含量研究表明 ,矿石中Au、Hg、As、Bi、Sb等元素较为富集 ,并且其间呈明显的正相关关系 ,显示阳山金矿的形成与富含Au、Hg、As、Bi、Sb等低温热液元素的成矿流体活动有关 ,向深部这些元素含量趋于降低 ,表明成矿流体活动趋弱。矿石石英的δD值为 - 6 0‰～ - 72‰ ,δ18OH2 O值为 8 0‰～ 10 1‰ ,表明成矿流体主要为岩浆热液 ;矿石黄铁矿的δ3 4 S值为 - 2 2‰～ - 0 7‰ ,不同于泥盆系地层中沉积黄铁矿的δ3 4 S值 (10 9‰ ) ,表明矿石硫为岩浆硫 ,因而阳山金矿床的形成与岩浆热液活动密切相关     

稳定同位素生物考古学的学科规范、认知误区和分析模型

自20世纪70年代以来,稳定同位素生物考古学在科技考古研究中的重要性越发凸显。21世纪初以降,本学科的发展进入"快车道",吸引了大量的自然科学学者和考古学者涉足其中。然而,学科的快速发展不可避免地暴露出与稳定同位素分析密切相关的一些重要问题,如学科规范有所欠缺、一些认知误区仍然存在等。近些年来,国际学界业已开始关注这些问题并提出了相应的对策或建议。本研究拟在笔者之前反思的基础上,基于近些年以来的研究实践和思考,结合国际学界在此方面的认知,详细阐述了稳定同位素生物考古的学科规范（包括同位素的术语规范、同位素的测试规范、成岩作用的检验规范）,重点聚焦和澄清同位素生物考古研究的8个认知误区。最后,首次构建了科学诠释同位素数据的分析模型。本项工作对于规范稳定同位素生物考古学的学科建设、聚焦重要科学问题或考古学问题具有重要意义。     

植硅体稳定同位素生物地球化学研究进展

植硅体形态鉴定与组合分析广泛应用于古环境重建和农作物起源分析等.鉴于植硅体的抗腐蚀、抗降解,易保存,锢囚的碳不易污染,且保存了植物的原始信息等特性,其有机地球化学研究日益被重视.植硅体稳定同位素分析表明植硅体是植物通过吸收单硅酸,以蒸腾作用为主要动力,在植物的不同部位发生同位素分馏淀积形成,其稳定同位素组成具有丰富的植物生理和环境信息.植物不同部位植硅体稳定同位素组成具有差异,其含量和硅、氧同位素值沿蒸腾流通常有增加的趋势.沉积物植硅体碳同位素分析不仅可以用于恢复草本的C3、C4植物生物量的比例,并且有可能重建古大气的碳同位素构成,是三者中最具有潜力的考古学、古环境研究的指标.植硅体有机化学组成分析,特别是类脂物分析,有利于认识植硅体碳同位素值相对于总有机碳偏负,C3、C4草本植硅体同位素差值范围缩小的原因.     

新疆准噶尔盆地侏罗系—白垩系生物地层和同位素年龄研究的新进展

研究的侏罗系—白垩系包括侏罗系头屯河组、齐古组、喀拉扎组和白垩系清水河组。清水河组的叶肢介、介形虫和孢粉化石组合研究的新成果表明:其地质时代为早白垩世早期(Berriasian)。齐古组下部的同位素年龄为164.6Ma±1.4Ma。此年龄值与国际地质年表对比,几乎与Callovian的底界年龄(164.7Ma±4.0Ma)相当。依据此年龄值和沉积厚度、沉积速率推算,齐古组的主要时代应为中侏罗世卡洛期(Callovian),其下部跨入巴通期最晚期;喀拉扎组的时代可能为牛津期最早期(early Early Oxfor-dian)。上列事实反映出在侏罗系与白垩系之间几乎缺失全部晚侏罗世的沉积,由此可以推断本区在晚侏罗世曾发生过一次较强烈的构造运动。     

新疆准噶尔盆地侏罗系—白垩系生物地层和同位素年龄研究的新进展

研究的侏罗系—白垩系包括侏罗系头屯河组、齐古组、喀拉扎组和白垩系清水河组。清水河组的叶肢介、介形虫和孢粉化石组合研究的新成果表明：其地质时代为早白垩世早期(Berriasian)。齐古组下部的同位素年龄为164.6Ma ±1.4Ma。此年龄值与国际地质年表对比,几乎与Callovian的底界年龄(164.7Ma±4.0Ma)相当。依据此年龄值和沉积厚度、沉积速率推算,齐古组的主要时代应为中侏罗世卡洛期(Callovian),其下部跨入巴通期最晚期;喀拉扎组的时代可能为牛津期最早期(early Early Oxfordian)。上列事实反映出在侏罗系与白垩系之间几乎缺失全部晚侏罗世的沉积,由此可以推断本区在晚侏罗世曾发生过一次较强烈的构造运动。     

Mo稳定同位素研究进展

随着表面热离子质谱(TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用以及同位素分析方法的改进,近10年来非传统稳定同位素(Cu、Zn、Fe、Se、Mo、Cr、Hg等)的研究得到迅速发展.其中,由于Mo同位素的分馏明显受氧化还原条件的控制,使其在指示古环境及古气候的变化方面有独特的地球化学指示意义.同时,Mo同位素在指示成矿物质来源和海洋Mo循环等方面也取得较大成果.因此,Mo同位素地球化学研究已成为国际地学领域的一个前沿和热点.本文综合前人的研究成果,结合近期自己的工作,论述了Mo同位素地球化学研究领域的一些重要进展,详细介绍了Mo同位素的化学分离、提纯和质谱分析技术,并对其应用前景进行了展望.     

山西原平狐狸山金矿床稀土,微量元素地球化学和稳定同位素研究

对五台山西部狐锂山金矿的矿床地质特征,微量和稀土元素化学特征以及成矿作用过程中Ｓ、ＨＯ、Ｃ、Ｐｂ等同位素组成特征进行了研究,     

C、O、Sr同位素及微量元素组成在生物礁礁体环境研究中的应用

分析生物礁灰岩中C,O,Sr同位素及微量元素组成有助于研究生物礁体的形成环境.研究表明:δ 13C值的变化与生物埋藏量、埋藏速率、海平面的变化有着很密切的关系;海平面上升,δ 13C值增大,同时表明造礁生物大量繁殖;δ 18O值的变化反映古环境的温度变化,δ 18O升高,温度降低; 87Sr/ 86Sr的比值与海平面的升降变化表现一种负相关性,海平面上升, 87Sr/ 86Sr的比值降低.Sr, Mn等微量元素可以间接指示礁体环境变化,并且验证了所采集的样品数据的准确性.环境变化是决定生物礁发育的重要影响因素.     

PROBLEMS IN STUDIES ON CARBON AND OXYGEN STABLE ISOTOPES IN CARBONATES

Carbon and Oxygen stable isotopes in carbonates have long been the important geochemical tracers. Studies on the isotopic compositions can provide insights into the paleoclimatic processes, the paleoceanic environmental processes and the geological processes as well. Researches of more than four decades in the field, especially from the early 1980s on, during which the analysis of the isotopes in fossil brachiopods and early diagenetic cements has contributed much to the knowledge, achieved appreciable progress. However, problems still remained with how to explain the data that already existed on the isotopic compositions of carbonates, on which there is a dichotomy between those who advocate that the data represent the original characteristics of the isotopes and those who argue that the data have been altered diagenetically; with how to select the samples of carbonate for analysis of the isotopic ratios, which has a set of criteria, namely, the microstructure, the Cathodoluminescence and trace elements, for tests of the sample preservations; with whether the fossil brachiopods′shells have vital effects on the isotopic compositions, on which there is a tendency toward the existence in recent years; with to what extent the living environment variations of the fossil affect their carbon and oxygen isotopic ratios and with the utilization of early diagenetic cement as analyzing samples. Along with the problem raising, this paper reviewed the
methods on, and new developing trends toward, the problem-solvings, as well as the up-to-date advances of studies on each problem.     

矿物稳定同位素地球化学研究

通过测定矿物中元素H ,C ,O和S的同位素比值 ,认识矿物体系中的同位素效应 ,不仅能够确定矿物之间和矿物与流体之间的同位素平衡关系 ,而且能够了解影响矿物平衡和动力学同位素性质的因素。文中评述了稳定同位素分馏系数校准的理论计算、实验测定和经验估计方法 ,讨论温度、压力、化学成分和晶体结构等对矿物同位素性质的影响。由于同位素效应取决于矿物的物理和化学性质 ,因此应用稳定同位素来作为示踪剂不仅能够追索各种矿物学反应的路径 ,而且能够提供证据来阐明矿物晶体结构的某些细节。     

水化学和钙华碳氧稳定同位素在古环境重建中的应用——以贵州荔波小七孔景区响水河为例

文章报道了响水河河水的现场监测结果,得到响水河河水的Ca2+和HCO-3非常低,这明显与河床中大规模钙华的存在和景区内发育的茂密植被不匹配;并仔细观察发现,钙华表面有被侵蚀的痕迹,如溶蚀槽和溶蚀坑等,这说明目前所见钙华可能是过去环境条件下的产物。根据钙华碳氧稳定同位素组成特征的分析得出:近4000年来,该地区总的气候环境变化趋势是4000～3400aB.P.为相对温暖湿润期,植被生长好,为良性生态期;3400～2000aB.P.前期仍比较温暖但干燥,后期到2000aB.P.左右变得比较凉爽,从这一冷期到大致900aB.P.前后,气候有些波动,但幅度较小,夹有冷暖干湿的交替;而900aB.P.至今,钙华碳氧稳定同位素值的急剧增加,反映出气候的冷干和源区人类活动加剧造成的水土流失增加,岩溶石漠化加重,生态朝恶化方向发展     

辽宁张家沟硫铁矿床流体包裹体与稳定同位素地球化学研究

张家沟矿区存在两种不同类型的矿体，其地质特征不尽相同。通过对矿床流体包裹体和稳定同位素地球化学特征的研究表明，矿床的形成温度为１４０～３００℃，成矿硫逸度ｌｇｆＳ２变化在－１０．３９～－１５．７０，ｌｇｆＯ２变化在－３４．１４～－４５．１６，ｐＨ值变化在４．６４～６．１５。早期成矿流体为一种低盐度高密度的热流体，随矿化作用的进行，成矿流体向弱酸性弱还原性方向演化。成矿作用以深部硫源的海底火山喷气热水沉积为主，后期以变质改造热液叠加为特征。层状矿体和脉状矿体为两次热事件形成不同矿化的产物。     

论大气微量气体增加的环境效应及地质记录研究

大气CO2浓度增加对陆地化学侵蚀的影响小于酸雨的影响。水土流失可能促进大气CO2浓度的增高;植被破坏又影响大气CO2的固定。虽然大气CO2的较高浓度可能促成初级生产力的提高,但海洋光合作用速率增加于环境系统不利。尽管大气微量气体可能产生温室效应,但CO2与地表升温的对应关系不清楚、增温幅度与自然脉动的关系尚需客观评定。地质记录具全息性特征。加强地质记录和现代地质过程研究是揭示大气微量气体环境效应之谜的关键;从燃料和植被两个系列着手是维护全球环境的重要途径。     

青藏高原水汽输送与冰芯中稳定同位素记录*

降水中稳定同位素作为水中的组成成分,与水汽来源的变化存在直接的关系。根据在青藏高原降水中稳定同位素的研究,青藏高原南北降水中δ¹⁸ O和过量氘(d)都存在着显著的空间变化,这种空间变化与西南季风夏季向北推进的位置有关。在时间变化上,青藏高原不同地区降水中δ¹⁸ O和d的季节变化特征也与水汽来源的季节变化有关,而且这种季节变化主要受控于西南季风水汽与西风带输送水汽之间的相互作用,在中国最北端的阿尔泰山区还受到极地气团的影响。由于不同的大气环流造成的水汽来源的差异,青藏高原冰芯中稳定同位素变化也存在空间差异。北部地区冰芯中稳定同位素的年际变化与当地气象站记录显示良好的对应关系,而南部冰芯中稳定同位素的变化与当地气象站降水量在年际变化上显示反相关关系。     

碳,硫同位素储库效应的定量理论模式

根据矿物沉淀作用与瑞利蒸馏过程的一级近似,导出了碳酸盐矿物沉淀时热液的碳同位素储库效应理论模式的定量方程,并在Zheng等的研究基础上给出了硫同位素储库效应的一般化理论模式以及模式参数R与物理化学参量的定量关系。180℃、热液的初始δ~(13)C为-2‰时,沉淀方解石和残余热液δ~(13)C值总体呈下降趋势。当热液以氧化碳为主时,储库效应不明显;若热液含较多还原碳,沉淀方解石的δ~(13)C可从早期较大的正值(5‰-35‰)演化为晚期较大的负值(-15‰--30‰)。封闭体系的同位素储库效应模式至少可为预     

湖南沃溪钨-锑-金建造矿床同生成因的微量元素和硫同位素证据

对岩矿石和矿物的微量元素、稀土元素和硫同位素地球化学的研究表明,湖南沃溪钨-锑-金建造矿床系海底同生热水沉积作用的产物。矿石与围岩中微量元素和稀土元素含量的变化关系,反映了一种复杂的热液、海水以及陆源碎屑的联合影响。矿石及其中矿物(石英)的稀土元素配分模式可与许多沉积喷流型(sedex型)块状硫化物矿石及其共生的喷流岩相对比,暗示了两者具有相似的形成机理。矿石的硫同位素资料显示,生物成因硫与热液成因硫(下伏沉积柱中硫化物的溶解和/或部分海水硫酸盐的还原)共同参与了成矿作用过程。     

加拿大安大略省赫姆洛金矿的稳定同位素和痕量元素研究

1981年在加拿大安大略省发现的赫姆洛(Hemlo)金矿是目前北美最大的金矿之一,探明储量已超过600t。赫姆洛金矿在太古代晚期地层中沿层产出,矿体形状规则、规模巨大,矿石品位均匀,具有同生层状矿床的特征。但同时,它的元素组合和围岩蚀变又显示出浅成热液矿床的某些特点。所有这些特点,使得赫姆洛金矿成为一个有重大经济价值和科学研究意义的新型矿床。 我们自1985年以来,对赫姆洛金矿的微量元素和各种稳定同位素组成进行了详细的研究,为阐明矿床的成因和晚太古代水圈和大气圈的状况提供了一系列重要依据。     

大龙山,昆山铀矿床稳定同位素地质特征研究

本文是在地质研究的基础上着重应用同位素地质年代学、稳定同位素地球化学方法研究大龙山、昆山地区成岩成矿问题。研究成果表明与成矿有关的火成岩类的形成与古陆边缘的深断裂或裂谷活动有关,主要是郯-庐深断裂带附近下部地壳重熔并混染了部分上部地壳的物质。对铀矿床的研究,查明了多期次、复成因铀矿类型。铀矿热源来自岩浆-构造-热液活动。象山群(J_(1-2))砂岩是重要的铀源层和铀的预富体。矿液为多种来源的混合溶液,富重O,S,多期次岩浆-构造-热液活动导致多期次铀的活化迁移。富矿较贫矿具有良好的汇聚和储存铀的场所。多期次(4次:174Ma,137Ma,111.7Ma,66.6Ma)铀矿化集中叠加形成了大龙山富铀矿床和昆山富铀矿体(段)。