冷泉碳酸盐岩有机碳、氮同位素的耦合及其对甲烷厌氧氧化过程的指示

驱动甲烷厌氧氧化(AOM)过程的微生物不仅能同化吸收甲烷等碳氢化合物作为碳源,同时也能进行氮素的同化吸收,从而导致这些微生物的生物体出现显著的^(13)C、^(15)N亏损。目前还缺乏来自冷泉环境有机氮δ^(15)N数据来直接证实AOM参与氮的循环过程。本研究分析了来自墨西哥湾海底5个冷泉站位的自生碳酸盐岩的总氮(TN)、总无机氮(TIN)和总有机氮(TON)的含量及其δ^(15)N值,并结合前人获得的总无机碳和总有机碳含量和δ^(13)C数据进行研究,结果发现总氮的δ^(15)N与总有机碳的δ^(13)C只在部分站位表现出正相关性。然而,在排除无机氮的干扰后,总有机氮的δ^(15)N与总有机碳的δ^(13)C在所有站位均表现出正相关性。表明这种有机碳、氮同位素上的耦合与甲烷的活动密切相关,有望作为有效示踪过去海底甲烷渗漏及AOM作用的指标。

激光水同位素分析仪测定水中^(17)O-excess的长期稳定性

为验证激光水同位素分析仪测定水中^(17)O-excess的长期稳定性,在过去4年中使用国际标准水样VSMOW2和SLAP2对3种国际标准水GISP、USGS45、USGS47及3种实验室标准水Lab1、Lab2和Lab3进行了标定,得到高精度的^(17)O-excess结果(<10per meg,1SD),并显示2019~2022年间国际标准水样和2019~2021年间实验室标准水样的标定结果均在误差范围内保持一致,2022年重新配制实验室标准水后检测到三氧同位素组成的变化,说明该测试方法具有长期稳定性,并且能够分辨水样的三氧同位素组成变化,为测定不同水样中三氧同位素组成提供了技术支撑。

糖类化合物碳稳定同位素分析技术及其在土壤碳代谢研究中的应用

糖类化合物是土壤有机质的重要组成部分,是土壤微生物的主要碳源和能源,在维持土壤有机质的稳定性方面起着重要作用。稳定同位素是一种天然的示踪物,通过碳稳定同位素标记技术,可以追踪糖类化合物在植物-土壤-微生物间的流通,量化土壤糖类化合物的转化与累积效率,有助于推进对土壤碳代谢过程的深入理解。本研究综述了土壤糖类化合物的种类、来源、前处理和碳稳定同位素丰度分析方法,重点介绍了气相色谱-稳定同位素质谱法(GC-C-IRMS)的衍生方法及各方法的优缺点,简要概述了碳稳定同位素技术在土壤糖代谢研究中的应用现状,并对其应用前景进行了展望。

元素分析-稳定碳同位素比质谱法鉴别广东省市售蜂蜜真实性

目的建立元素分析-稳定碳同位素比质谱法分析广东省市售蜂蜜真实性情况.方法蜂蜜加水混匀,利用钨酸钠溶液和硫酸溶液沉淀蛋白,多次洗涤后干燥,得到提取物蜂蜜蛋白质,利用元素分析-稳定碳同位素比质谱法检测蜂蜜蛋白质和蜂蜜δ^(13)C值,测得碳-4植物糖含量.结果通过优化蜂蜜的取样方式、蜂蜜蛋白质的提取量和测试条件,能有效提高检测蜂蜜中δ^(13)CH、δ^(13)CP的精密度,相对标准偏差为0.02%~0.30%.对来自广东省内流通环节的123批次蜂蜜样品进行检测,发现有8批次蜂蜜不符合我国蜂蜜产品行业标准的真实性要求,碳-4植物糖含量大于7%,含量范围为31.0%~64.3%,占比6.50%.结论该方法提高了前处理效率和检测精密度.通过对实际样品的分析,发现目前市售蜂蜜存在不符合真实性要求的情况,特别是单花蜜,需重点关注.

基于氮氧同位素的北洛河流域硝酸盐来源及其空间分布解析

北洛河流经生态脆弱的黄土高原,是该地区的重要水源。随着经济的快速发展,工业和农业活动的增加,北洛河水体氮污染情况加剧,造成流域水质恶化,多个功能区不达标。因此,通过水化学方法和氮氧同位素技术,结合稳定同位素分析(SIAR)模型,对北洛河流域的污染状况、硝酸盐来源及其空间分布进行解析。结果表明,北洛河整体氮污染严重,总氮(TN)为1.70~43.40 mg/L,大部分采样点超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类水标准限值(2 mg/L),无机氮以硝酸盐氮为主;水体硝酸盐迁移转化过程中氨挥发、硝化、反硝化作用均较弱,人类活动排放的污水以及土壤侵蚀产生的氮污染是北洛河硝酸盐主要来源;不同硝酸盐来源贡献率表现为污水及粪肥(约61%)>氮肥(约15%)>土壤有机氮(约14%)>大气沉降(约9%),上游土壤有机氮贡献较大,随着城镇化率及交通排放活性氮的增加,下游大气沉降贡献相对上中游增强。研究结果为北洛河氮污染来源控制和水体环境治理提供了科学依据。

固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱技术测定水体中微量苯系物单体碳同位素方法研究

该文建立了固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱(SPME/GC/C-IRMS)技术测定水体中7种苯系物碳同位素(δ^(13)C)的方法。实验结果表明,萃取温度30℃,萃取时间60 min条件下萃取效果最佳,萃取温度(30~60℃)和萃取时间(15~60 min)对顶空萃取(HS-SPME)过程中的碳同位素分馏无影响。最佳萃取条件下,利用HS-SPME和直接萃取(D-SPME)方法分别测试7种苯系物的δ^(13)C值,标准偏差分别为0.08‰~0.45‰和0.05‰~0.39‰,测试误差分别为-0.16‰~0.33‰和-0.41‰~0.46‰,两种SPME方式在萃取过程中均未发生明显碳同位素分馏,HS-SPME的灵敏度比D-SPME方法高1~2个数量级。通过移动平均值算法计算苯、间/对二甲苯、异丙苯的检出限为1μg/L,甲苯、乙苯、邻二甲苯、苯乙烯的检出限为2μg/L。测得江苏某废弃农药场地下水中7种苯系物δ^(13)C值的标准偏差为0.01‰~0.43‰。该方法样品前处理简单、灵敏度高、准确性好,适用于水体中痕量苯系物单体碳同位素的检测。

湘西奥陶系红色碳酸盐岩碳、氧同位素组成特征及古环境意义

红色碳酸盐岩是华南奥陶系的一种具有紫红—砖红色调的代表性沉积岩,其中可能蕴含特殊的古环境信息。湖南湘西三百洞地区具有一条出露良好、厚层为主的红色碳酸盐岩剖面,主要发育于大湾组和牯牛潭组内,文章对该段地层采集了355件碳、氧同位素和Mn、Sr元素分析样品,以及10件牙形刺化石样品进行研究。根据牙形刺样品约束,大湾组底界可能大致相当于弗洛阶顶界,大湾组和牯牛潭组界线在达瑞威尔阶中下部,牯牛潭组顶界大致相当于达瑞威尔阶顶界。据显微薄片鉴定、δ^(13)C-δ^(18)O相关性分析和Mn-Sr元素评估,推断样品受到成岩作用影响不大。355件同位素测试样品显示三百洞剖面的δ^(13)C和δ^(18)O均为低幅高频振荡,δ^(13)C在-0.38‰~1.67‰之间,δ^(18)O在-9.34‰~-7.21‰之间,其中可与全球对比的同位素事件有大坪阶底部碳同位素负漂事件(BDNICE)和达瑞威尔阶中部碳同位素漂移事件(MDICE),可以间接对比的有达瑞威尔阶下部碳同位素负漂事件(LDNICE),此外还有2次前人未命名的具有潜在对比价值的漂移。总体来看,冈瓦纳大陆北缘沿赤道由东向西具有δ^(13)C波动幅度逐渐增强的趋势,华南的波动幅度普遍偏小,可能由海水循环过程中不同块体的底层海水分层差异造成。另外基于δ^(13)C、δ^(18)O的古盐度计算,红色碳酸盐岩应属于盐度中等到较高的海相碳酸盐岩,并且剖面自下到上盐度增高,大湾组底部可能存在一次氧化事件。结合剖面岩石组成、颜色、古生物丰度以及区域古地理研究,认为红色碳酸盐岩可能是暂时性相对海平面下降叠加氧化事件的产物。

西南地区晚二叠世氧、碳稳定同位素的古地理意义

对西南地区的１９个晚二叠世碳酸盐岩型煤系剖面进行了碳酸岩稳定同位素的测定，探讨了其“年代效应”的校正及古盐度与古温度计算问题。结果表明：在兴文、贵阳、金沙、南桐、重庆一线以西的地区，Ｚ值＜１２０，δ１３Ｃ值明显低于此线以东的地区，但与Ｓｃｈｏｐｆ给出的淡水石灰岩的δ１３Ｃ范围相比偏高，说明为海陆过渡相沉积；而此线以东的地区Ｚ值＞１２０，δ１８Ｏ、δ１３Ｃ均说明为海相沉积，与以前的沉积环境研究结论一致。用校正后的δ１８Ｏ计算出碳酸盐岩形成时的介质古温度为１４．８－５０．９℃，且大多在２３－３１℃，说明当时该区为温暖－炎热的气候，与古地磁资料显示的当时该区处于赤道附近的热带地区的结论基本一致。

不纯碳酸盐碳氧同位素组成的在线分析

利用GVIsoPrimeⅡ型稳定同位素质谱仪测量不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成,这些样品是用国家碳酸盐碳氧同位素一级标准物质GBW04406与去除了碳酸盐的沉积物混合配制而成的,CaCO3含量在2%～90%之间。结果显示,δ13C内部精度为0.002‰～0.005‰(1σ),δ18O内部精度为0.003‰～0.009‰(1σ),与测量所得的纯CaCO3国际国内标准物质结果的内部精度范围一致,且外部精度达到仪器的指标要求,同时,不同CaCO3含量样品的δ13C和δ18O的测量值(测量平均值:δ13C=-10.932‰±0.021‰,δ18O=-12.483‰±0.054‰;1σ)也在误差允许范围之内与GBW04406推荐值(δ13C=-10.85‰±0.05‰,δ18O=-12.40‰±0.15‰;1σ)一致。可见碳酸盐的含量并不影响其碳氧同位素组成的分析结果,所以在线分析不纯碳酸盐的碳氧同位素组成是可行的,在线分析不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成之前应先对样品中碳酸盐含量进行大致估计,根据碳酸盐含量高低来确定样品用量以达到最佳分析效果。

牛奶中碳、氮、氢和氧稳定同位素比的测定及其在产地溯源分析中的应用

应用元素分析-同位素质谱仪(EA-IRMS)和多用途气体制备-连续流稳定同位素质谱仪(GasBench-IRMS)分别测定了来自国内外7个不同国家(澳大利亚、新西兰、西班牙、德国、奥地利、意大利和中国)的83件牛奶样品中碳、氮、氢、氧的稳定同位素比值(δ13 C、δ15 N、δ2 H和δ18 O)。对所测得的数据用SPSS 20.0软件分别进行了方差分析、聚类分析以及牛奶产地的判别分析。从所得结果可见,上述4项稳定同位素比值中的每一项都可获得相关牛奶样品产地来源的若干信息,但还不足以作为相关牛奶样品的溯源地判别的充分依据。而将测试结果进行组合后,对δ13 C、δ15 N和δ2 H三项指标组合交叉检验整体判别正确率达到84.3%,据此采用3项组合指标对牛奶产地进行判别分析,并在此项组合指标的基础上建立了产自7个国家的牛奶的判别模型。对自来这7个不同国家的牛奶盲样进行判别时,可将所测得样品中上述3项稳定同位素的δ值代入所建立的模型中,并比较各模型所得的Y值的大小,其中Y值最大的,即归属于此模型所代表的国家。

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应,对采自综合大洋钻探计划(IODP)311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石,呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ13CPDB低至-41.50‰,证实其碳源源自甲烷,其成因与甲烷厌氧氧化过程有关,印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象,是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ18OPDB总体上随着沉积物深度增加而减小,可能指示沉积物的背景温度由下而上(从早到晚)逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。

八家子铅锌矿床氢、氧、碳和硅稳定同位素研究

本文通过对八家子矿床的氢、氧、碳和硅稳定同位素研究,揭示了矿床成矿热液的来源及演化问题。研究表明,成矿热液早期以岩浆热液为主,随着成矿过程的进行加入的大气降水比重越来越大,到晚期可能主要以大气降水为主。热液中碳和硅质的来源早期也是以岩浆来源为主,在成矿过程中演变为岩浆来源和地层来源两者的混合。

地下水溶解碳酸盐中碳氧稳定同位素组成特征与演化规律

利用任楼井田及所在的临涣矿区生产矿井常观孔、矿井出水点,从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试溶解碳酸盐中δ13C与δ18O,分析13C与18O组成特征与演化规律.研究结果表明:任楼井田及所在的临涣矿区地下水溶解碳酸盐δ13C变化幅度大,碳循环复杂,土壤水补给机理、同位素交换反应机理和含水层围岩成分溶解机理明显;含水层碳酸盐岩含量决定溶解碳酸盐δ13C与δ18O的变化关系,碳酸盐岩含量越高,δ13C随δ18O变化斜率减小;四含水因埋藏较浅并受煤层开采影响,处于相对"开放"系统内进行地下水循环,煤系水循环系统相对比较封闭,岩溶含水层虽然埋藏深,水循环系统相比四含"封闭",但地下水径流速度快,补给源区水力梯度大,可能为山区补给.

元素分析仪-同位素比值质谱仪测定海洋沉积物有机碳稳定同位素方法初探

初步建立了利用元素分析仪-同位素比值质谱仪(EA-IRMS)联用技术测定海洋沉积物中有机碳稳定同位素的方法。标定了标准工作参考气CO2(δ13CvsPDB为-32.053‰);验证了仪器的稳定性,标准偏差为0.009‰;当离子流强度范围为0.4～8.7 V时,总体线性为0.0337‰/V,小于仪器线性指标0.06‰/V的要求;同时测定了国家标准物质GBW 04408、国际标准物质Urea和海洋沉积物样品M01的精密度和准确度,标准偏差在0.04‰～0.13‰范围内;并在三家实验室进行了测量比对实验,标准偏差小于0.20‰,满足地质样品再现性0.5‰的要求。所选样品区域δ13Corg范围为-25.29‰～-22.30‰,表明该海域总有机碳是陆源和海源两种来源的混合物。

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相碳、氧稳定同位素特征

根据岩石薄片及阴极发光图像，研究了鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩成岩相类型及岩相特征。据碳、氧稳定同位素（δ^13 C，δ^18 O）分析数据，研究了各类成岩相的地球化学特征。奥陶系海相碳酸盐岩台地在早古生代处于近地表成岩域，划分为正常海水、蒸发海水、早期大气淡水及热海水4类成岩环境及成岩相。正常海水、热海水及蒸发海水成岩相的δ^18 O和δ^13 C值普遍较高，随生物碎屑含量增加δ^18 O及δ^13 C值趋于减小；早期淡水成岩相的δ^18 O和δ^13 C值普遍较低。晚古生代，奥陶系顶部进入表生期成岩域，据目前残存地层的岩石类型，表生期成岩域可划分为峰峰组的灰岩风化成岩相和马家沟组的云岩风化成岩相，其δ18 O和δ13 C值明显低于早期淡水成岩相的值。晚古生代末期，奥陶系进入3000～4000 m的中-深埋藏成岩域，划分为封闭系统及开放系统成岩相。封闭系统成岩相的δ18 O和δ13 C值主要继承了其原岩的δ18 O和δ13 C值特征；而在开放系统中，由于同位素高温分馏作用，其成岩相的δ18 O和δ13 C值则大幅度降低。研究结果表明，碳酸盐岩岩相特征及碳、氧稳定同位素组成是追溯碳酸盐岩成岩环境及识别和划分成岩相的重要指标。

植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法

通过多组实验对比，分析并讨论了利用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪（EA-IRMS）联用技术测定植物样品中碳同位素比值的实验条件。初步建立了植物样品中稳定碳同位素组成的分析方法，同时对系统分析的稳定性和精密度等进行了检验分析。结果表明：当IRMS真空度为7×10^-8kPa，高压3．0kV，EA系统Carrier-He载气流量在90～100mL·min^-1，Conflo-He载气压力为80kPa，氧喷条件为110mL·min^-1时，使用Cr2O3／Co3O4作为EA氧化柱氧化剂填料，在严格控制样品残余和本底空白的条件下，植物样品的测定精密度为±0．20‰，测定值与给定值值偏离0．01‰。

Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析微量碳酸盐的碳氧同位素

石笋能重建百年、十年的气候事件,为达到空间高分辨率,对微量碳酸盐的检测提出了更高要求,传统磷酸酸解法的样品用量大（约10 mg）已经无法满足微量样品的分析,而激光探针质谱分析方法需对检测结果进行校正。本文采用KielⅣ-IRMS双路在线分析技术对微量碳酸盐样品的碳、氧同位素进行检测研究其可行性,并以GBW 04405和NBS 19为例研究了不同样品量的碳酸盐标准样品在不同反应时间对同位素分馏的影响。结果表明,由于标准样品所需的反应时间不同,从而导致同位素分馏值的差异。对样品量为4~85μg的标准样品GBW 04405进行检测,δ13C、δ18O测量值分别为0.574‰±0.027‰、-8.519‰±0.065‰,与推荐值0.57‰±0.03‰、-8.49‰±0.14‰基本一致,表明该方法能够满足微量碳酸盐测试的要求。将KielⅣ-IRMS双路在线分析技术与GasbenchⅡ-IRMS检测方法进行对比,对于标准样品GBW 04405,KielⅣ-IRMS所用样品量约为50μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.576‰±0.012‰、-8.501‰±0.050‰,GasbenchⅡ-IRMS所用样品量约为140μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.569‰±0.034‰、-8.590‰±0.099‰。表明KielⅣ-IRMS方法相比于GasbenchⅡ-IRMS方法所需样品量少,精度高,结果重现性好,该方法在碳酸盐样品的应用上能达到空间高分辨率。

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素古环境意义及应用

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素特征是反映古气候与古环境的重要代用指标,其碳氧稳定同位素组成分别受土壤CO2中C同位素组成和大气水的O同位素控制。在一定深度的土壤中,土壤次生碳酸盐δ13C就主要受当地植物类型(C3植物和C4植物等)控制。土壤次生碳酸盐样预处理中剔除土壤中原生碳酸盐以及有机物污染尤为重要。土壤中次生碳酸盐C、O稳定同位素地球化学在土壤发生学、古气候恢复、古生态重建以及全球变化研究中应用日益广泛,但解译时可能受应用年代范围、成岩作用、原生和次生碳酸盐混杂、土壤碳酸盐多元发生等因素影响,其应用机理和范围还需进一步探讨。

云南程海富营养化过程的碳氧稳定同位素示踪

近 5 0 0年来程海生物成因碳酸盐δ1 8O和δ1 3C及其有机质δ1 3C同位素记录了程海湖泊环境由贫营养到中富营养的演化过程。碳酸盐δ1 8O记录显示 ,大约 1 690年程海成为封闭湖泊后 ,当时湖泊贫营养环境并没有发生变化 ,但造成了湖泊水体交换周期加长 ,碳酸盐δ1 3C、有机质δ1 3C及其色素含量、碳酸盐含量变化指示湖泊生产力开始增高。 1 91 1～ 1 942年碳酸盐δ1 8O和δ1 3C及有机质δ1 3C突然显著偏负 ,表明湖泊生物种群结构发生转变 ,湖泊初级生产力迅速增加 ,湖泊由贫营养向中营养转化。湖泊沉积物色素含量及碳酸盐含量变化也记录了这一湖泊环境的转换过程。约 1 986年以来 ,随着藻类养殖业及其农业耕作方式的转变 ,程海水环境渐渐转变成目前的中富营养化状态。

水化学和钙华碳氧稳定同位素在古环境重建中的应用——以贵州荔波小七孔景区响水河为例

文章报道了响水河河水的现场监测结果 ,得到响水河河水的Ca2 + 和HCO-3非常低 ,这明显与河床中大规模钙华的存在和景区内发育的茂密植被不匹配 ;并仔细观察发现 ,钙华表面有被侵蚀的痕迹 ,如溶蚀槽和溶蚀坑等 ,这说明目前所见钙华可能是过去环境条件下的产物。根据钙华碳氧稳定同位素组成特征的分析得出 :近 4 0 0 0年来 ,该地区总的气候环境变化趋势是 4 0 0 0～ 340 0aB .P .为相对温暖湿润期 ,植被生长好 ,为良性生态期 ;340 0～2 0 0 0aB .P .前期仍比较温暖但干燥 ,后期到 2 0 0 0aB .P .左右变得比较凉爽 ,从这一冷期到大致 90 0aB .P .前后 ,气候有些波动 ,但幅度较小 ,夹有冷暖干湿的交替 ;而 90 0aB .P .至今 ,钙华碳氧稳定同位素值的急剧增加 ,反映出气候的冷干和源区人类活动加剧造成的水土流失增加 ,岩溶石漠化加重 。