汞的稳定同位素分馏机理

汞是唯一能够以气态单质形式进行长距离传输的有毒重金属元素,其环境行为和健康危害受到广泛关注.近十多年来发展起来的汞稳定同位素技术为研究环境中汞的来源、迁移转化过程以及相应的生态环境效应提供了新的视野.汞同位素是自然界中唯一表现出多种显著非质量分馏(MIF)的独特金属同位素体系,对汞同位素的研究一直偏重应用,而对其分馏机理的认识十分有限.本文从汞稳定同位素分馏理论、分馏实验研究和实际环境过程的汞同位素分馏三方面系统阐述了近十多年来关于汞同位素分馏机理的研究成果、最新进展和未来发展方向.尽管目前的研究普遍认为无机汞的光化学氧化还原和甲基汞的光化学降解是环境中汞同位素MIF的主要产生机制,然而MIF程度和方向的影响因素还不完全清楚,其量化理论还未完全建立,实际环境过程中的分馏机理研究还相对缺乏.未来需要结合理论和实验研究进一步明确大气、陆地、海洋、极地、古环境等实际环境体系中的汞同位素分馏机理,进而拓展汞同位素的应用.     

表生地球化学反应的尺度效应

表生环境中的地球化学反应速率具有显著的尺度效应.许多地球化学反应的野外观测速率比实验室观测速率要低2～5个数量级,给不同尺度的研究成果的对比和外推造成了极大困难.本文总结了地球化学反应速率随时间和空间尺度变化的影响因素,着重分析了地球化学反应速率的主控过程随尺度变化的现象,以及亚尺度的非均质性造成的尺度效应.最后介绍了几种尺度转换的研究方法.由于地球化学反应速率的尺度效应普遍存在,在对地球化学反应速率进行外推时需要了解它的局限性以及选取适当的外推方法.     

方解石(10(-1)4)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险.     

钙华体次生有机体系的界面结晶作用研究

本文总结了钙华体次生有机体系中生物群落特征和界面结晶行为,根据生物在碳酸盐沉积中的角色,将钙华体中次生有机体系的界面结晶矿化类型分为生物控制矿化沉积和生物诱导矿化沉积。分述了碳酸钙沉积矿化相关的五种生物代谢活动,讨论了生物胞外聚合物（EPS）对碳酸钙矿物晶型和形貌的影响。针对目前钙华研究中存在的问题,今后应深入研究生物体主要构成元素、生物小分子和生物体内部组织在钙华形成或退化中的作用,进一步厘清钙华体与次生有机体系的多界面溶化方式,为钙华保护修复及钙华退化治理措施提供科学依据。      

"一带一路"沿线国家农作物虚拟水贸易时空格局及驱动因素分析

"一带一路"沿线地区水资源短缺且空间分布不均衡,虚拟水贸易实现了对水资源的远距离空间调配.以2010-2018年"一带一路"沿线59个国家和37种农作物为研究对象核算各国农作物虚拟水贸易,利用标准差椭圆、Moran's I指数、LISA指数刻画农作物虚拟水贸易的时空格局特征,通过地理探测器和地理加权回归模型分析农作物虚拟水贸易的驱动因素及其空间异质性.研究发现:①沿线各国"低耗水-高出口型"作物占比4.013％,"高耗水-高出口型"作物占比1.926％.②沿线各国农作物虚拟水贸易的进口格局呈收缩趋势,出口格局呈扩张趋势,且其局部存在一定的集聚特征,进口的"高-高集聚"区域主要处于南亚地区,出口的"高-高集聚"区域主要分布在中东欧地区.③各显著驱动因素能较好地解释沿线各国农作物虚拟水净出口量,各因素中国内生产总值呈负相关驱动特征,耕地面积呈正相关驱动特征,而人口规模、森林面积和邻国接边数在各单元间呈正负两极的差异驱动特征.     

淮南深部地球物理实验场重力噪声水平初步分析

利用淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道内的Burris弹簧重力仪和地表LCR-ET20弹簧重力仪同期连续重力潮汐观测资料,对实验场地表和地下重力噪声水平进行了初步分析.分析结果表明在频率小于1.70 mHz(对应周期约为9.8 min)时,地下重力噪声水平都要比地表低;特别是在重力仪敏感的信号频段(周期大于3h的信号频段),地下848 m巷道内的重力噪声水平要比地表低约2个数量级,充分验证了实验场地下观测环境具有低重力噪声水平的超静特点.实验结果证明淮南深部地球物理实验场地下848 m巷道可为深地多物理场观测提供超静观测环境,为检测微弱地球物理场信号提供绝佳观测条件.     

新元古代微生物成锰作用——来自扬子北缘城口地区陡山沱组锰质叠层石的证据

叠层石菱锰矿被认为是生物成锰的证据,但少见相关报道.扬子北缘城口地区陡山沱组菱锰矿层中叠层石十分发育,但研究程度较低,其生长机制不明确,其是否是叠层石或者是附枝藻(Epiphyton)仍具有争议.从岩心描述与薄片观察出发,详细描述了研究区锰质叠层石的宏观和微观特征,根据其发育规模及形态特征将其划分为6种类型:微型分叉柱状叠层石、微型指状叠层石、指状叠层石、层状叠层石、柱状叠层石及层—柱状叠层石.研究表明,研究区柱状锰质叠层石直径一般小于l cm,具同步生长特征,与假裸枝叠层石(Pseudogymnosolenaceae)特征相似.研究区微小型、宏体型叠层石基本层常呈有立柱结构的板状,这种基本层由树形石及微型叠层石组成,而不是附枝藻.叠层石与核形石、鲕粒共生,形成于碳酸盐岩台地边缘礁滩及滩后泻湖环境.研究区锰质叠层石垂向演化从指状向层状演化为主,指示陡山沱组沉积末期水体逐渐变浅.锰质叠层石微观结构以凝块结构为主,具有丝状、球状和放射状等微生物岩显微结构.锰质叠层石记录了碳酸锰精美的原始沉积结构,暗示微生物参与了锰元素的沉积成矿作用.     

基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法

内蒙古科尔沁沙地历史上曾是科尔沁大草原,现在是农牧交错区,该区的土地利用关系到生态安全、国家粮食安全和农民生计。该区域“坨甸相间”地貌特点造成不同地形部位土壤含水量存在差异,降水量年际变化大。通过卫星影像数据解译出土地利用/覆被类型图与土壤图进行叠加,获得了显性沙地和隐性沙地数量与分布信息。首先保留耕地以外的其他地类,再利用卫星影像数据反映不同降水年型耕地的归一化植被指数(NDVI),将偏欠水年NDVI低于平均值的耕地退耕还草,消除这些耕地的冬春沙化风险,以进行土地利用布局调整。这种直接利用遥感数据获取土地利用/覆被类型和耕地的NDVI进行土地利用空间布局调整的方法,十分简单实用。本文还根据地貌和沙地降水入渗快的特点,提出了与高标准农田建设模式不同但与区域地理环境相吻合的农田整治模式,即利用自然沙丘作为区域风沙防护工程,土地开发不做大平整,不修建灌溉系统,发展雨养农业。以上根据区域地理环境条件进行土地利用布局和确定农田开发建设模式,可将农业生产与荒漠化防治和谐结合在一起,实现土地可持续利用。     

四川会理拉拉铜矿找矿预测模型构建与找矿示范

勘查区找矿预测理论与方法体系是基于全国129个典型矿床的深入研究,以及在勘查项目实践验证基础上总结而形成的一种特别适合生产找矿第一线使用的有效方法。该方法以成矿作用内因(元素的地球化学特征)和外因(地质作用类型)相结合的思路,构建以成矿地质体、成矿构造与成矿结构面和成矿作用特征标志为主要内容的找矿预测地质模型。四川会理地区位于扬子板块西缘,区域成矿地质条件优越,经历多期构造事件叠加,形成了一系列独具特色的铁铜矿床。近年来,在拉拉铜矿的深部及外围已取得了重大找矿突破和进展。本文以会理拉拉铜矿为典型实例及深部找矿预测成果示范,阐述该方法在深部找矿预测中的具体应用过程,得出了如下认识:早期成矿地质体为赋矿火山岩(河口群钠长岩类),成矿构造与成矿结构面主要为基(中)性火山岩与沉积岩的界面及可能的喷溢口;热液叠加期成矿地质体推测为深部隐伏岩体,成矿构造与成矿结构面主要为褶皱、断裂和裂隙。在总结成矿作用特征标志基础上,建立了拉拉铜矿勘查区找矿预测地质模型。通过与地质和物探方法相结合,圈定红泥坡南部为找矿靶区,经钻探验证,发现厚大矿体,打开了区域找矿空间。