生物氧化锰矿物的研究进展

生物氧化锰矿物具有很强的氧化、催化及吸附能力,对表生元素地球化学循环有重要驱动作用,在环境科学领域具有重要应用价值。本文通过应用文献计量学方法对2001—2010年、2011—2020年生物氧化锰矿物国内外研究状况进行归纳分析,发现对生物氧化锰矿物的研究具有如下较为突出的特点:1)未命名的锰矿物较多;2)诱导矿化微生物物种范围扩大;3)微生物驱动锰氧化机制增多。作者提出需要在以下几方面开展进一步的研究:1)微生物驱动机制仍需更深层次完善;2)较为单一的室内实验与自然环境微生物诱导锰矿化存在较大差异;3)自然界微生物诱导形成的锰矿物与室内单一条件试验诱导合成的锰矿物在结构类型的不同。     

饱和细粒土固结过程中矿物组分与有机质的三维表征

饱和细粒土颗粒细小, 比表面积大, 易与土体中的孔隙水、有机质相互结合形成团聚体, 这种结合形式对土体的物理力学性质有着重要影响。本文从三维微观结构角度探讨饱和细粒土的多物质结构特征对其固结演化性质的作用。土样分成4种组分:孔隙, 有机质, 多矿物组分和伊利石为主的矿物组分。通过同步辐射显微CT技术联合数据约束模型, 获取多物质三维结构表征。伊利石为主的矿物组分, 与孔隙呈共存结构, 即使在1600kPa高压作用下仍不易排出孔隙水。有机质与伊利石为主的矿物组分易结合形成有机黏土颗粒, 有机质不仅吸附在组分表面, 而且嵌入组分结构内部; 在土体固结过程中, 有机质存在富集特征, 40~400μm直径的有机质总体积逐渐增大, 削弱土颗粒间的连结强度。本研究采用定性与定量分析相结合, 获取了固结过程中矿物组分与有机质的结构表征, 为特殊土体的微宏观性质分析提供一种可行性研究方法。     

海相碳酸盐岩中矿物结合有机质的组成及成烃演化

对高成熟程度的碳酸盐岩有机质进行了地球化学研究,发现在可溶有机质与干酪根之间存在着成熟度上的差异,这种差异是矿物对沥青组份的保护作用所致.矿物结合有机质无论在组成还是在分布上都与游离态有机质有较大不同,随着成熟度的增加,由于结合态有机质的释放,这种不同逐渐消失,研究表明,矿物结合有机质的释放约在过成熟阶段早期,其量可达几百个ppm.因而在碳酸盐岩地层中,除了干酷根成油气外,在高成熟区亦可能存在着由矿物结合有机质形成的“高温”石油.     

咸化湖盆储集层中咸水流体与岩石矿物相互作用实验模拟研究

柴达木盆地西部南区新生界主要为咸化湖盆沉积,近年来该领域的油气勘探取得了重大突破。前人研究认为咸化环境提高了烃类转化率对生烃有利,其对储集层的控制作用尚待进一步明确。通过高温高压实验模拟了地层条件下成岩流体与岩石矿物之间的物理化学变化,进而研究咸化环境对储集层的影响。通过对实验前、后岩石样品的物性分析和毛管压力测试表明,咸化环境对储集层总体上具有不利影响。其机理为:1盐类矿物的沉淀占据了部分粒间孔和使喉道变细或堵塞;2成岩流体中富含的部分阳离子抑制了溶蚀作用不利于次生溶蚀孔隙形成;3成岩流体中含有的大量钾离子为蒙皂石和伊蒙混层向伊利石转化提供了物质条件,且钾离子浓度越高生成的伊利石越纤细,更易堵塞喉道从而降低岩石的渗透性。     

我国科学家在硅藻驱动的硅-铝共循环及相关矿物界面作用研究中取得重要进展北大核心CSCD

铝(AI)是地壳中含量最丰富的金属元素,其地球化学循环与多种成岩成矿作用密切相关,是地球物质循环的重要环节。硅藻广泛分布于地球水体环境,其光合作用的生物固碳量逾地球生态系统的五分之一。作为能够摄取硅(Si)元素建造自身细胞壁(矿物成分为A型蛋白石)的代表性水生生物,硅藻的生命活动和其硅质遗骸的归趋构成了全球硅-碳共循环的主要环节。海水中的溶解铝对硅藻生长的影响及其与海洋硅藻生物硅间的界面反应已吸引了广泛研究;但关于湖泊生物硅在相对高铝浓度条件下的结构-成分“响应”及其所致地球化学效应,一直未得到应有的研究关注。     

地球系统中生物成因硫化物矿物:类型、形成机制及其与生命起源的关系

作为生物矿物一种十分重要的类型,生物成因硫化物矿物形成于多种海水和淡水环境中.它们是自然界硫和金属元素循环中的关键一环,并有可能在地球早期生命起源中扮演了重要的角色.现代环境中形成的生物成因硫化物矿物与多种生命过程有着十分密切的联系,微生物和大型生物均可直接或间接地影响生物成因硫化物矿物的形成.重点从生物成因硫化物矿物类型、参与生物矿化的有机体、生物成因硫化物矿物形成机制以及硫化物矿物与生命起源的关系等几个方面综述了生物成因硫化物矿物研究的最新进展.     

中国东部壳-幔、岩石圈-软流圈之间的相互作用带：特征及转换时限

中国东部中—新生代,下部岩石圈存在壳与幔、岩石圈与软流圈两个相互作用带,它们是重要的岩浆源区,在层圈相互作用中,热和物质的交换及其动力学过程是引起中、新生代岩石圈内部层圈间的厚度调整、岩石圈不均匀减薄以及区域构造-岩浆-成矿作用的重要机理。大陆内部的壳-幔作用有3种类型:地幔来源的底侵熔体与下地壳的作用;下地壳拆沉进入弱化(weakening)了的岩石圈地幔二者发生的作用以及陆-陆碰撞深俯冲带的壳-幔相互作用。它们形成的火山岩组合有一定的差别,但源区都含有地壳组分。岩石圈-软流圈的作用带也是重要的岩浆源区,源区是以软流圈地幔为主,基本不含地壳组分。东部岩石圈的减薄时间大体与出现大规模软流圈来源的玄武岩喷发的时间一致,也与上述两类层圈作用转换的时间一致,大约在100Ma以后。     

生命活动中矿化作用的环境响应机制研究

生物矿化作用及其环境响应机制的研究,关键在于研究生命活动制约矿物形成、分解的机理及其环境响应机制,其内容主要包括生物矿化作用的机理、生物矿化作用的环境效应、生物矿化作用的调控理论和方法。可实现的研究目标是从多学科角度发展生物矿化作用的理论,阐明自然界中矿物－生物－重金属/POPs －水之间的相互作用机理与环境响应机制。有望揭示微生物控制重金属矿化的微观机制,提出微生物治理重金属污染原理;揭示半导体矿物－微生物协同作用降解POPs 机制,发展三元体系研究方法;揭示微生物促进多金属矿山硫化物分解机制,提出微生物分解矿物对生态环境影响的调控方法等。以促进地质生物学前沿交叉学科发展,形成未来环境污染防治重大新技术的科学基础。     

A.ferrooxidans培养过程中Al/Fe(摩尔比)对铁矿物形成产物的影响

主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。     

Review of the Analysis and Application of Diatoms in the Marine Sediments

With regard to the analysis and application of diatoms in the marine sediments, diatom purification method, data analysis method and diatom application in environmental reconstruction were summarized. The diatom purification is composed of four main processes (removing calcium carbonate, organic and minerogenic matter, and slide preparation). For each process, frequently used methods and improvements were introduced, while their pros and cons were compared. As to the data analysis, in order to ensure statistical reliability, the essential methods and principles were represented in detail with species identification and counting, data expression and error estimation involved to reduce errors as much as possible. On this basis, the numerical method application was explained for its advantage of improving the accuracy for analysis. The applications of diatom fossils in environmental reconstruction were studied more deeply abroad, including the investigation of relationship between diatom fossils and upper-water environment, the application of diatoms from deeper core sediment for reconstructing oceanic paleoenvironment, tracing salinity and reflecting eutrophication. As far as the deficiency of the domestic research was concerned, multidisciplinary technologies and observational data were suggested to be combined into the study in order to promote the quantitative research of diatom fossils and the accuracy of environmental reconstruction.     

金矿床中的有机质及其有机成矿作用

金矿床中的有机质及其有机成矿作用胡凯（南京大学地球科学系,南京２１００９３）关键词金矿床有机质有机成矿作用金矿床中有机质的存在及对有机成矿作用的认识早在本世纪初就引起了许多地球化学家的广泛兴趣。Ｆｒｅｉｓｅ［１］和Ｆｅｔｚｅｒ［２］利用从褐煤和富含有...     

湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素环境示踪

硅是硅藻生长所必需的养分,硅藻在生长过程中从水体吸收主要以硅酸(H_4SiO_4)形式存在的溶解硅.硅藻δ~(30)Si_(distom)可反映硅藻吸收硅酸比例的变化,进一步可以反映湖区气候与环境变化.为探索湖泊沉积物硅藻δ~(30)Si_(distom)在指示湖泊古环境方面的潜力,我们测定了湖光岩玛珥湖沉积物硅藻硅同位素变化.研究结果表明,沉积物δ~(30)Si_(distom)变化与生物硅和有机碳含量变化呈显著相似性,可作为一种有效的古环境代用指标.同时,与已有温度记录的对比分析表明,两者具有很好一致性.较高的如δ~(30)Si_(distom)指示了温度较高的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较高;当δ~(30)Si_(distom)较低时,对应着在温度较低的气候条件下硅藻对硅酸的利用率较低.目前,热带陆地区域古气候重建的方法中可用的温度代用指标很少,此项研究证明了δ~(30)Si_(distom)是一种很有潜力的古环境代用指标,有望在低纬度地区古温度重建中发挥重要作用,值得进一步深入研究.     

Exploring the Nature of Soil Organic Matter from Humic Substances Isolation to SOMics of Molecular Assemblage

In this review, the evolution of Soil Organic Matter (SOM) research was traced back to outline the main achievement of understanding SOM in relation to its ecological functioning, particularly of carbon sequestration against climate change. The short-coming of soil humus theory, knowledge of SOM protection and stabilization, framework of newly emerged Humeomics as well as the increasingly active study of molecular organics in soils were analyzed and discussed, highlighting the importance of re-visiting SOM in term of structure-property-functions for the main mission of modern soil science. There were limitations of soil forming conditions, fraction separation procedure and single molecule identification for understanding the huge complex humus of larger sized synthesized molecules. Thanks to the ever-active studies of soil (organic) carbon sequestration and stabilization focusing on the association status of SOM with soil components, SOM has been increasingly recognized as an assemblage of metabolites from life activities on or in soil, with different allocation or protected in mineral/organic complex phases, which could be traced by biomarker molecules. Using such biomarker molecules as a target (like primer in molecular microbiology), all the molecules of SOM could be digested and isolated for qualitative or quantitative identification with GC/MS high resolution technologies. Such development has emerged a new paradigm of molecular SOM study, finally as SOMics as a modern soil science frontier. The functioning of SOM for stabilizing soil structure, enhancing reactivity and promoting biological resistance could be correlated to the paradigm of abundance, composition, structure and functions rather than the content and recalcitrance of SOM. This may deserve urgent studies to quantify and parameterize the defined paradigm based on the molecular composition of SOM. Again, such theory and technology development could provide a tool to manage SOM in term of carbon sequestration but revalorizing bioactivity in ecosystems, especially in agroecosystems. We believe such studies could rather depict the nature of SOM and of soil in relation to its ecological services and functioning, which will be the focus of soil science in serving the sustainable development of human society.     

烃源岩的有机酸生成及其影响因素的模拟实验研究

不同温度下地层水—烃源岩相互作用模拟实验结果表明:（1）在整个实验温度范围内（60～300℃），均有有机酸的生成，有机酸的总浓度在35.4 mg/l至153.9 mg/l之间，其中在100℃和140℃的温度下浓度最大，其它温度下浓度相对较低；（2）在低温（60℃）条件下，成熟度相对较高、有机碳含量较大的烃源岩，有利于生成有机酸，但是在中温（140℃）和高温（180℃、220℃和300℃）条件下，有机酸的生成受有机碳含量、成熟度和碳酸盐含量的多重影响；（3）中低温（60℃和140℃）时，随着碳酸盐含量的增加，有机酸浓度表现为逐渐降低的趋势，表明在60～140℃，有机酸对碳酸盐的溶解和沉淀起主要的控制作用，而高温（180℃、220℃和300℃）条件下，碳酸盐的溶解和沉淀作用受有机酸和CO2的共同控制，从而导致有机酸浓度与碳酸盐的关系变化复杂。     

准噶尔盆地南缘硫磺沟地区铀矿化砂岩流体包裹体及有机地球化学特征

准噶尔盆地南缘硫磺沟地区伴随铀矿化发育较多地沥青、油气残留物。为查明两者间的关联性,对含地沥青铀矿化砂岩进行了流体包裹体测试和有机地球化学分析。镜下观察发现,包裹体以含烃盐水包裹体和液烃包裹体为主,少量气烃包裹体。测温结果表明,含烃盐水包裹体均一温度及盐度整体中等偏低,分别集中于60~90℃、0%~8%NaCl。结合GOI统计及酸解烃测试结果得出含矿砂体主要存在一期中等偏弱的油气充注。气相色谱-质谱分析得出:主峰碳为C_(14)~C_(25),单峰型;OEP与CPI分别为0.474~1.58、0.887~2.70,分布较分散;Pr/Ph为0.40~1.43,多小于1;Pr/nC_(17)、Ph/nC_(18)分别为0.164~0.833、0.595~1.54,质量色谱图基线"鼓包"不明显。以上表明油气有机质来源以低等藻类为主,总体处于较强还原环境,成熟度差异较大,生物降解微弱。基于油气还原与铀成矿间的关系及野外地质特征,认为油气还原对本区铀成矿有两大作用:一是对下中侏罗纪的早期铀矿体起保矿及隐蔽作用;二是进一步提高上侏罗统砂岩层的还原容量,为后期铀成矿提供所必需的还原场。     

地外有机化合物

球粒陨石中的有机化合物起源于星际介质,是构成太阳星云的初始组分,并与其他物质一起吸积形成小行星和行星。在小行星内,有机质经历了不同程度的水蚀变和热变质作用。球粒陨石中的有机化合物尽管是非生命成因,但组成极为复杂,主要是类似于干酪根的大分子物质,以及少量可溶性有机物。大部分可溶有机分子也发现于地球生物圈,但前者可具有完全不同的H、C、N等同位素组成,这也是它们来源于地球之外的重要证据。星云中宇宙线和紫外线（UV）的辐射、小行星的热变质和水蚀变,是地外有机质演化的主要过程。球粒陨石中的有机质是地球生命起源的物质基础,是生命起源不可或缺的重要环节。同样重要的是,大量的火星探测表明,火星历史上有过满足生命存在的基本条件,而在火星陨石中还发现了一些生物活动相关的线索。未来很可能首先在火星上发现地外生命存在的证据。     

地史过程中烃源岩有机质丰度和生烃潜力变化的模拟计算

在同时考察源岩中有机质因生、排烃而损失和无机质因成岩作用而失重的基础上，模拟计算了地史过程中，随有机质类型、初始有机质丰度、成熟度及排烃效率的改变，烃源岩有机质丰度和生烃潜力的变化，探讨了有机碳恢复系数及生烃潜力损失率的可能变化范围。结果表明，地史过程中，有机质生烃潜力和有机质丰度的变化主要取决于源岩的生、排烃效率，对性质偏差的有机质，有机质的实测丰度随演化程度的增高不降反升；而对位于高成熟阶段的优质有机质，有机碳的恢复系数可达2以上；随有机质类型变好和成熟度升高，生烃潜力损失率增高；一般情况下，有机质生烃潜力的恢复幅度比有机质丰度的恢复大得多。     

30~10 ka云南高山湖泊高分辨率生物记录与气候突变事件

通过对云南泸沽湖高分辨率沉积指标序列（硅藻、枝角类和孢粉）的对比分析,初步揭示了水生生物（硅藻、枝角类和水生孢粉）对末次冰盛期期间气候变化的快速响应过程。结果表明,硅藻群落组成首先响应末次冰盛期时期的开始变冷,枝角类滞后,水生孢粉则表现为渐进的响应过程。然而,泸沽湖沉积硅藻记录对末次冰期以来的短时间尺度气候快速变化的Heinrich和新仙女木事件并未有响应,揭示气候事件判别的准确性取决于指标直接响应气候的特征以及多指标的综合对比。综合西南季风区云南不同海拔湖泊沉积记录（硅藻、孢粉、摇蚊等）获得的2万年以来数据及序列表明,末次冰期千年尺度的气候突变事件（Heinrich 1、Bølling/Allerød暖期和新仙女木YD冷事件）在整个西南季风系统中都有反映,且气候事件变化区间及幅度存在区域差异,其根本原因是受不同气候系统、复杂地形（青藏高原）的制约。