氯在岩浆演化过程中的地球化学性质初探

地质过程中,氯可以影响很多元素的性质。本文利用前人的实验数据,模拟计算不同压力和初始含水量等条件下,氯在岩浆和共存富水流体相中浓度随岩浆结晶分异的变化。结果显示,在岩浆演化之初,氯在各种压力下都基本留在岩浆中,表现出高度不相容元素的特点。对于结晶分异晚期的岩浆体系,氯的行为受压力的影响较大。在低压下,氯在岩浆/富水流体之间的分配系数较高,水是否达到饱和对氯在岩浆中的含量变化影响不大。随着压力的升高,该系数迅速降低。在中等压力下,岩浆中水含量一旦达到饱和,大量的氯进入流体相,形成高盐度的流体,氯在岩浆中的含量即迅速降低。随着岩浆分异的进行,共存的流体中的氯含量也随之降低。在更高的压力下,水无法达到饱和,氯始终表现为高度不相容的特点。氯的上述性质可以很好地解释它在很多结晶分异程度较低的火山岩玻璃(如MORB和OIB)中表现为高度不相容的特点,也可以帮助理解氯在侵入岩和喷出岩中性质的差别,以及“花岗岩大岩体不成矿,小岩体成大矿”的现象。     

基于冻融作用的氯盐渍土−钢块界面力学模型

在中国西北特殊气候环境下冻融作用是一种风化过程,反复改变着土体的微结构和物理性质,强烈影响着土体与结构的相互作用。针对冻融作用对盐渍土?结构接触面力学特性的影响,进行不固结不排水直剪试验,开展了冻融次数、含盐量、基质吸力等因素对非饱和氯盐渍土?钢块接触面力学性能影响的相关研究。试验结果表明,不含盐时接触面力学参数（黏聚力与内摩擦角）随冻融次数增加均先增大后减小,含盐时接触面黏聚力随冻融次数增加呈下降趋势,内摩擦角略有所增大;冻融前后接触面力学参数随着含盐量的增大先减小后增大,均存在含盐量阈值;未冻融时接触面力学参数含盐量阈值约为8%,随着冻融次数增加,该阈值有所变化;接触面基质吸力随冻融次数增加大体呈减小趋势并最终趋于稳定,随含盐量增加先减小后增大,基质吸力含盐量阈值约为10%;接触面剪应力?剪切位移分为线弹性变形阶段和强化阶段,竖向荷载较小时表现为弱硬化,未出现明显的应变软化现象。对接触面剪应力?剪切位移适用性模型进行评价发现龚帕兹模型能够与试验结果很好地吻合,据其建立了冻融作用的氯盐渍土?钢块界面力学模型,基于试验数据验证了其可靠性。     

南极臭氧洞的影响因子和变化趋势

利用卫星和台站观测的南极臭氧资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了南极臭氧近年来的变化特征和影响因子,探讨了南极臭氧洞期间中山站臭氧突变过程与大气动力的作用。结果显示,平流层氯和溴的卤化物当量（EESC）和平流层温度是影响南极臭氧洞面积的关键因子。臭氧总量与EESC和平流层温度均具有显著相关,表明两站虽然都位于臭氧洞边缘,EESC和平流层温度对臭氧总量的变化仍然可以起决定性的作用,同时也验证了EESC参数在东南极大陆沿岸具有适用性。 EESC的年代际变化与臭氧变化趋势相似,臭氧的年际变化与平流层温度关系密切。回归结果表明,2010年后臭氧洞面积逐渐减小,在2070年左右可能恢复到1980年前的水平,但其结果存在很大的不确定性。     

氯同位素地球化学研究进展

作为最具代表性的、地球丰度最高的卤素,氯元素因其独特的性质和各大储库中的可观分布而受到重视。氯元素具有显著的亲硫性和挥发性(不相容性),这些性质也影响着其地球化学行为以及在地球中的分布。氯含有两种稳定同位素,分别是³⁵Cl和³⁷Cl,同位素丰度分别为75.76%和24.24%,Cl同位素组成也常以δ³⁷Cl值报道;目前对Cl同位素进行分析的最为传统也是最主要的方法是IRMS(同位素比值质谱法),尽管存在分析速度慢、对样品质量要求大等缺陷,但因其相对更高的精度而被广泛应用于现代氯稳定同位素研究。其他常见的分析方法还有TIMS,SIMS,LA-ICP-MS,在Cl同位素研究领域尚在实验探索阶段。Cl同位素标准在目前也已有广泛接受的统一国际标准,即Kaufmann所提出的平均海洋Cl同位素标准(SMOC),海水Cl同位素组成在长久演化中已经相对稳定,取样也简单方便,在实验室分析中也能产生优良的再现性。氯在地球上的储库可在宏观上分为地幔、陆壳与洋壳、海洋。地幔以其较大的体量无疑是氯元素主要储库之一,但受限于现有观测技术,各研究通过各种方法观测到的氯含量有较大出入;关于地幔的Cl同位素分布也并不明确,各种如俯冲带流体输入等深部过程都可能是同位素异质性的原因,许多研究观测到的地幔流体的Cl同位素有正也有负。陆壳可下分为沉积物及其孔隙水、蒸发岩和硅质岩石圈,氯因其亲水性和化学沉积性质则主要集中于沉积物孔隙水和蒸发岩中,而硅质岩石圈中的氯则相对较少;沉积物孔隙水常被观测到极低的δ³⁷Cl值,扩散和离子淋滤都是对其可能的解释,但对其完全做出解释的机理还有待继续研究;蒸发岩中的δ³⁷Cl值常因其氯盐种类而有所不同,也已有诸多实验给出制约;硅质岩石圈虽含氯较少,但出露于地表的岩株或岩脉中观测到的磷灰石中的Cl同位素有明显的随岩性变化的规律性,对于热液交代历史与热液成分都有很好的限制作用。洋壳中的氯也主要分布在洋壳沉积物及其孔隙水、蒸发岩,以及蚀变洋壳(以角闪石、蛇纹石等蚀变矿物为代表)中。蚀变矿物常被观察到较高的δ³⁷Cl值,一些研究认为可能和与氯结合的金属阳离子氧化状态有关,该高δ³⁷Cl值也常被用来解释俯冲板片输入地幔流体的高δ³⁷Cl值。海洋也是巨大的氯元素储库,其同位素组成稳定性也已经得到证明。除以上储库以外,Cl同位素还应用于对陨石、月球和大气圈的研究。Cl同位素的分馏机制也同其他许多同位素一样可大体分为平衡分馏和动力学分馏,平衡分馏主要包括由与氯结合的金属阳离子的价态高低或氯自身价态的高低决定的分馏,动力学分馏则包括扩散和离子淋滤以及与地球岩浆去气、月球岩浆去气有关的动力学分馏。总体而言,氯元素及与其结合的金属离子的氧化状态、轻重同位素逃逸倾向、扩散系数的差异是决定分馏行为的两种机理。从氯的两种稳定同位素自大约100年前被发现起到现在,与氯稳定同位素相关的地球化学方法已经在各地质学科分支中得到广泛应用。从利用Cl同位素解释地层水来源的水文地质、示踪污染物来源的环境地质,到利用Cl同位素证据支撑矿床形成机制研究的矿床学以及参与解释地球演化过程的行星地质等领域,都有Cl同位素应用研究的尝试与探索。但受限于对实际地质过程的认知,仍然具有许多前沿问题阻碍Cl同位素研究的进展,如太阳系早期过程如何决定了地球现今的氯元素含量、地球中的挥发分经历了怎样的演化过程才达到至今状态、现今地球挥发分的循环过程又具体如何、俯冲过程中氯在俯冲带与地幔之间的流通过程具体如何等。     

离子色谱法测定牛皮纸样袋中海底沉积物的氯量

对离子色谱法测定氯含量常用的IonPac AS14A保护柱和新型IonPac AS23分析柱进行对比实验,选择了IonPac AS23柱作为分析柱。解决了碳酸盐对氯离子测定的干扰,优化色谱条件,同时分析牛皮纸样袋中海底沉积物中的氯含量测定结果偏低的原因,拟定了准确测定牛皮纸样袋中海底沉积物中氯含量的方法。通过测定国家一级标准物质中氯含量,结果与标准值相符,其相对标准偏差≤2.66%。     

柴达木盆地盐湖卤水硼、氯同位素的水化学特性探讨

通过对柴达木盆地盐湖硼、氯同位素组成和相应的水化学参数关系的讨论,揭示了盐湖卤水中硼、氯同位素组成变化与盐湖卤水演化之间的关系。盐湖卤水的硼同位素组成主要是与盐湖补给水的硼同位素组成和 Ｃａ 离子含量有关,氯同位素组成是受卤水的蒸发程度所控制。硼、氯同位素之间存在负相关关系。     

离子色谱法测定煤中的氯

采用离子色谱法测定原煤中的总氯,标准工作曲线的线性范围在０ ．０１ ～２４ ｍｇ／ Ｌ,相关系数为０ ．９９９ ８ ,测定ρ（ Ｃｌ－ ） ＝ １ ．２０ ｍｇ／ Ｌ 的标准溶液１０ 次,ＲＳＤ 为０ ．７７ ％ 。用艾氏卡试剂在８００ ℃±２５ ℃下分解煤样,去离子水浸提后用离子色谱法测定原煤中的总氯。测定了１８ 个煤样中的氯,加标回收率为９７ ．８ ％ ～１０４ ．４ ％ ,与银量滴定法对照,两种方法基本相符。     

鄂尔多斯盆地煤的灰分和硫、磷、氯含量研究

详细阐述了鄂尔多斯盆地煤的灰分产率和硫、磷及氯含量的空间及垂向分布规律,并探讨了煤中硫。磷及氯含量的影响因素。研究结果表明,石炭-二叠纪煤以中灰煤为主,部分为高灰煤;低灰煤仅分布在局部地区,且灰分产率与全流呈负相关;延安组以特低灰—低灰煤为主,中灰煤次之,空间上灰分北高南低、东高西低;太原组以中高硫煤为主,山西组则以低硫煤为特征,空间上呈南高北低、西高车低之趋势;延安组亦以低硫煤为主。煤中形态硫以黄铁矿硫为主,有机硫次之,硫酸盐硫极少。从太原组到山西组再到延安组,煤中硫呈递减趋势,这与聚煤环境的变化密切相关。该盆地煤含磷低,少部分为特低磷煤。煤中氯的质量分数值平均为425．8×10-6,空间上中南部高、北西部低;垂向上,下部煤层中氯的含量高于中上部煤层,这可能与煤中氯的成因有关。     

The Measurement of Active Chlorine in the Atmosphere by Chemical Amplification

Chemical amplification, CA, a method commonly used for the detection of peroxy radicals, HO₂ and RO₂, was found to be sensitive towards ClOx (Cl+ClO+OClO) as well. ClOx is reduced by NO to Cl atoms which react with carbon monoxide in the presence of O₂. The reaction sequence thus initiated oxidizes CO to CO₂ and NO to NO₂, with a chain length of 300 ± 60. This allows the atmospheric ClOx content to be measured under ambient conditions with a detection limit of better than 1 ppt. In parallel peroxy radicals are indicated with a chain length of 160 ± 15. Chemical amplification is not specific and does not indicate which radical chain it is seeing. Identification relies solely on plausibility. During the ARCtic Tropospheric Ozone Chemistry (ARCTOC) campaign in spring 1995 and 1996 the CA technique was used at Ny-Ålesund. ClOx at mixing ratios of up to 2 ppt were found in the boundary layer under certain conditions. The low concentrations of ClOx indicate that the arctic boundary ozone depletion is mainly driven by bromine.