氧同位素非质量分馏在CO_(2)相关研究中的进展

氧同位素异常(Δ^(17)O)常用来衡量氧同位素非质量分馏的程度,也是目前研究大气CO_(2)相关问题的有力手段之一。本文综述大气CO_(2)氧同位素非质量分馏效应的研究进展。首先介绍氧同位素非质量分馏程度的表示方法(Δ^(17)O)和成因;其次概括CO_(2)中Δ^(17)O的测量方法,并对比质谱法和光谱法测量Δ^(17)O的优缺点;最后总结Δ^(17)O在估算平流层向对流层输入的CO_(2)通量、估算全球生产力和示踪CO_(2)不同来源方面的应用,并对Δ^(17)O在CO_(2)未来的研究方向提出展望。

鞍山-本溪地区条带状硅铁建造的硫同位素非质量分馏对太古代大气氧水平和硫循环的制约

目前人们对地球早期大气氧浓度和硫循环还存在不同的认识.条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的沉积建造类型,真实地记录了当时大气和海洋的状态.测定了辽宁鞍山-本溪地区太古代(~2.7Ga)条带状硅铁建造(BIFs)中硫化物的多硫同位素组成(δ34S/δ33S/δ32S).?33S=?0.89‰^+1.21‰,非质量分馏明显.这种非零?33S值意味着太古代硫同位素循环与现在不同,气相光化学反应发挥了重要作用.与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造具有负的?33S值,而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造具有正的?33S值.δ34S的变化范围很大,?22.0‰^+11.8‰,指示当时海水硫酸盐的细菌还原活动已经存在,海水硫酸盐的浓度至少在局部地区已达1mmol/L.结合在条带状硅铁建造中同时出现的赤铁矿、磁铁矿和硫同位素非质量分馏产生和保存条件,推测太古代大气氧水平相当于现代大气氧水平的10?2~10?3.

氧的非质量同位素分馏及其地学应用

氧的非质量同位素分馏(mass-independe nitsotop feractionation)为全球变化研究提供了新方法。在介绍非质量同位素分馏的基础上,评述了氧同位素异常[Δ(17O)]的表示方法以及氧的非质量同位素分馏的产生机制,重点综述了氧的非质量同位素分馏在地球科学中的应用。基于Δ(17O)评估的生物圈生产力是全球总的生物生产力,打破了以往只能孤立地评估陆地或海洋生物生产力的瓶颈,奠定了在更广时空尺度上评估生物生产力的基础;Δ(17O)能量化形成气溶胶硫酸盐和硝酸盐的气相与液相氧化反应路径的相对比例,为研究气溶胶和气候的互馈作用提供了新途径;冰芯中S同位素和Δ(17O)的联合运用,不仅解决了冰芯中硫酸盐、硝酸盐的来源和运移问题,而且还为其形成的氧化过程提供了细节信息;而干旱区硫酸盐、硝酸盐矿物中Δ(17O)的发现在解决一些长期有争议的沉积物成因和来源问题中起关键作用。氧的非质量同位素分馏还将在(古)大气臭氧活性、火山喷发柱化学和O、S、N生物地球化学循环等研究中发挥更大作用。

非质量氧同位素分馏效应研究进展

非质量氧同位素分馏效应(mass independent oxygenisotope fractionation)研究为一些重大地质科学问题的解释开辟了一条新途径。在简要介绍非质量分馏理论后,重点评述了非质量氧同位素分馏效应的研究进展,包括非质量同位素分馏效应的成因机制、氧同位素组成分析方法建立及其在环境地学领域的应用。并对非质量氧同位素分馏领域未来研究趋势作了进一步探讨。

非质量同位素分馏效应及其应用

物理、化学和生物作用引起的热力学和动力学同位素分馏几乎均为与质量有关的分馏。与质量有关的同位素分馏遵守质量分馏方程,分馏系数lnα与同位素的相对质量差(m~*—m)/(m~*·m)成正比。非质量同位素分馏效应最早是由Clayton(1973)在Allende碳质球粒陨石的富钙—铝包体(CAIs)中观测到的,δ^(17)O≈δ^(18)O;与地球物质中与质量有关的氧同位素分馏形成鲜明对照(δ^(17)O=0.52δ^(18)O)。后来Thiemens(1983)在分子氧(O_2)形成臭氧(O_3)的光化学反应实验中观测到了与CAIs中相似的氧同位素非质量分馏效应。现在非质量同位素分馏效应已被用于示踪一些元素浓度,甚至单个同位素比值测量无法揭示的特殊的作用过程。

Hg稳定同位素地球化学研究进展

近年来汞(Hg)稳定同位素研究进展显著。Hg具有七种稳定同位素。以往研究不但报道了Hg同位素质量分馏,也报道了Hg同位素非质量分馏,使Hg成为目前唯一在自然界中具有同位素非质量分馏的重金属元素。本文阐述了Hg同位素的研究背景,总结了Hg同位素分析方法和引起Hg同位素分馏的生物化学过程,介绍了地球各圈层样品中Hg同位素组成的国内外最新研究现状。而最新发现的大气降雨中异常的、呈季节性变化的偶数Hg同位素非质量分馏(Δ200 Hg),更开辟了Hg同位素研究的新领域。不同于奇数Hg同位素非质量分馏,偶数Hg同位素非质量分馏还未经任何实验验证,其分馏机理也完全不清楚,亟待深入研究。Hg可能的"三维"同位素体系(质量分馏、奇数以及偶数Hg同位素非质量分馏)的研究和应用将有希望为进一步认识Hg环境过程、生物累积、大尺度迁移以及全球性的生物地球化学循环提供更加丰富的信息,具有重要的科学意义。

汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达>10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。

Algoma型和Superior型硅铁建造地球化学对比研究

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是世界上最重要的铁矿资源类型和地球早期特有的化学沉积建造类型,广泛分布于太古代-古元古代(3.2～1.8Ga),记录了地球早期岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的状态及演化。前人根据BIFs的岩石组合和构造地质环境将其划分为Algoma型和Superior型。本文对比研究了Algoma型和Superior型BIFs的硅、氧、铁和多硫同位素特征。不同时代和不同类型BIFs的硅氧同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28为较大的负值。二者的铁同位素和硫同位素非质量分馏效应明显不同。Algoma型BIF的Δ33S多为负值,而Superior型BIF的Δ33S多为正值;Algoma型BIF富集重铁同位素,δ56FeIRMM-144多为高正值,而Superior型BIF相对富集轻铁同位素,δ56FeIRMM-144多为负值或小正值。研究提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由地球早期的海底火山热液喷气作用形成的,二者属于同一成矿系统,相对而言,Algoma型BIF与火山活动关系更密切,距离同期火山活动中心更近,多形成于深水盆地,环境更加还原。

大气硝酸盐中氧同位素异常研究进展

硝酸盐是大气中的主要污染物,其前体物NO_x(NO+NO_2)参与大气中多种光化学反应,可以改变大气氧化特性,有利于细颗粒物的形成,影响气候系统与人类健康.硝酸盐氧同位素异常(Δ^(17)NO_3^-)是解析大气硝酸盐生成途径的有力手段.本文对大气硝酸盐氧同位素异常的研究进展进行了综述.首先列举了测试大气硝酸盐三氧同位素(^(16)O, ^(17)O和^(18)O)的前处理方法(热解法、细菌法和化学法),并对比了全球范围内大气硝酸盐氧同位素异常的时空分布特征.其次总结了大气中硝酸盐生成的主要途径及其氧同位素质量守恒,讨论了大气硝酸盐中氧原子的可能来源及其氧同位素异常值,评估了全球及典型区域尺度上氧同位素异常的模型.最后对大气硝酸盐氧同位素异常的未来研究方向进行了展望.