海洋环境中的金属赋存形态及生物可利用性研究现状

自20世纪70年代人们就认识到,环境中重金属的浓度常常不能反映其生物可利用性和毒性,这些性质不仅取决于它们在环境中的浓度,而且还与其形态有关[1].在海水的溶解态金属中,通常认为自由水合离子对浮游植物具有较高的生物可利用性和毒性,而无机络合物和有机络合物的生物可利用性很小[2～4].在沉积物中,普遍认为可交换态的重金属最易被生物所利用,毒性最强,铁锰氧化物态可在还原条件下释放,而残渣态的重金属与沉积物的结合最牢固,活性最小,因而毒性最小[5].同种金属的不同赋存形态有着不同的生物可利用性,也就是说金属总的含量中只有一部分是具有生物可利用性的.因此在评价海洋环境中重金属的污染情况和制定相关标准时,必须考虑到重金属的赋存形态对生物可利用性和毒性的影响,以便更好的保护和管理海洋环境.海洋中的有机物质是痕量金属的重要配位体,这些金属-有机配位体影响着大部分生物可利用金属的化学形态[6].因此,作者在综述了海洋环境中重金属的赋存形态及生物可利用性的基础上,还详细讨论了有机物对海洋环境中重金属的赋存形态及生物可利用性的影响.     

铀同位素示踪早奥陶世特马豆克期海洋氧化还原状态演化

古海洋的氧化还原状态是影响动物演化的重要环境因素之一。奥陶纪特马豆克期处于奥陶纪生物大辐射爆发的前夕，该时期生物多样化水平已经逐渐升高，但前人对该时期海洋氧化还原状态演化仍缺乏深入研究。保存良好的碳酸盐岩地层中的铀同位素能够有效反映全球海洋整体的氧化还原水平。文章对湖北松滋响水洞剖面碳酸盐岩进行了系统的碳、氧同位素和铀同位素分析，结果显示在下奥陶统特马豆克阶底部出现一次显著的碳同位素正漂移事件—TSICE，同时δ²³⁸U均值从-0.65‰±0.12‰增加到-0.26‰±0.15‰，表明该时期海洋经历了从缺氧(铀同位素质量平衡模型计算表明，全球海洋至少被2.56%的缺氧水体覆盖)到氧化程度增高的过程。这一环境变化过程与生物礁组成中的后生动物成分相对于微生物成分明显升高的过程相吻合。发生碳、铀同位素正漂移可能分别与海平面下降及海水表层温度降低而有利于海洋氧化水平提高相关。     

微生物异化还原水铁矿介导的Ca-Fe碳酸盐矿物形成:对铁白云石成因的启示

白云石的成因机制至今仍是地球科学领域的一个谜题(“白云石问题”).铁白云石等碳酸盐矿物具有类白云石晶体结构,因此研究这些矿物的形成机制可为解答“白云石问题”提供新线索.本研究利用一株海洋异化铁还原菌(Shewanella piezotolerans WP3),在不同钙离子浓度(0～20mmol/L)条件下,通过氧化乳酸盐诱导水铁矿还原转化为次生碳酸盐矿物,以此评估微生物在铁白云石形成过程中的作用.实验结果表明,加入Ca²⁺可以增强S.piezotolerans WP3细胞与水铁矿颗粒之间的黏附作用,从而提高反应体系中Fe(Ⅲ)还原速率.在不同Ca²⁺浓度条件下,菌株WP3诱导生成的次生碳酸盐矿物类别有所差异:在0mmol/L Ca²⁺体系中生成菱铁矿,而含钙体系中则为Ca-Fe碳酸盐固溶体,且这些固溶体的钙离子含量与反应体系中初始的Ca²⁺浓度呈正相关关系.值得注意的是,在20mmol/L Ca²⁺体系中生成的Ca-Fe碳酸盐固溶体化学组成为Ca_0.8Fe...     

分项调查与水文模型相结合的九龙江流域天然径流量计算

由于人类活动影响,水文站的实测径流过程普遍发生显著变化,而大量水资源分析计算工作必须以天然径流量为基础.以九龙江流域为例,提出将分项调查法与水文模型法相结合的流域天然径流量综合还原法,即采用分项调查法对主要水文站控制集水区的实测径流数据做还原计算,利用还原后的径流数据构建以子流域为单元的SWAT降雨径流模型,进而通过参...     

河套平原西部地下水砷富集机制研究

干旱内陆盆地高砷含量的地下水威胁着当地饮用水安全，其形成机制尚不完全清楚。为厘清这类高砷地下水的形成机制，本文以河套平原西部地下水为研究对象，分析其中As等部分氧化还原敏感元素含量和氢、氧同位素组成(δD和δ¹⁸O)。结果表明，地下水样的As的质量浓度为1.5～155μg/L(均值为36.7μg/L),超半数样品超过10μg/L,主要分布于盆地中部的浅层含水层。水样的氢、氧同位素组成和离子间的相关性分析表明，虽然蒸发浓缩作用导致地下水富集Na⁺和Cl^-,但对As的富集影响不显著；在偏碱性环境中因解吸附作用产生的As进入地下水，对As的富集有一定贡献；负载As的铁氧化物还原性溶解和沉积物中的As(V)还原性解吸附是地下水中As富集的主要原因；强还原环境中，硫酸盐还原作用形成的硫代砷可能会促使As在地下水中高度富集。     

塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组黑色岩系沉积环境演化及其对有机质富集的控制作用

通过对塔里木盆地西北缘下寒武统玉尔吐斯组沉积地层特征及地球化学分析，研究了玉尔吐斯组沉积时期水体氧化-还原环境及初级生产力的变化特征，探讨了玉尔吐斯组黑色岩系有机质富集机制及烃源岩分布的主要控制因素。塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组可分为5段：底部黑色含磷硅质岩段，下部黑色泥岩段，中部灰色白云岩段，上部黑色页岩与灰色微晶灰岩互层段，顶部浅灰色粉晶白云岩段。它们构成一个完整的海侵-海退沉积旋回。氧化-还原指标及热液示踪参数显示玉尔吐斯组黑色岩系不同层段的形成环境存在差异：底部硅质岩形成于缺氧环境，热液活动显著；下部黑色泥岩形成于强缺氧硫化环境，热液活动较强；上部黑色页岩形成于贫氧-氧化环境，热液活动较弱。综合研究表明：玉尔吐斯组黑色岩系沉积时期，水体先变深后变浅，氧逸度先降低后升高，古生产力逐渐减弱，在缺氧的水体条件和热液作用主导的高生产力综合控制下形成了以玉尔吐斯组下部黑色泥岩为代表的优质烃源岩。     

海底冷泉系统氧化还原环境重建方法研究进展

冷泉活动是现代深海极端环境系统之一，其在天然气水合物资源勘探、全球气候变化、极端环境生命活动等方面具有重要的科学研究意义。重建海底冷泉区氧化还原环境是研究其中生物地球化学过程、揭示甲烷渗漏活动特征的重要途径。近年来，大量矿物学及地球化学指标在冷泉系统氧化还原条件的恢复研究中获得了成功的应用。在前人研究的基础上，对自生矿物学标志、稀土元素、氧化还原敏感元素(Mo、U、Fe)和稳定同位素(钼同位素δ⁹⁸Mo、铁同位素δ⁵⁶Fe、硫同位素δ³⁴S)等不同指标对氧化还原环境变化的响应机制进行了系统总结，从测试分析方法、后期成岩改造、单一指标的多解性等多个方面探讨了各指标的影响因素和当前仍存在的问题，并指出了未来该领域需进一步加强的关键研究方向。