桂林现代洞穴碳酸盐——石笋的沉积速率及其环境意义

洞穴沉积物过去环境记录在短尺度、高分辨率全球变化研究中已成为不可或缺的研究内容。而洞穴滴水作为洞穴石笋形成的介质或媒体,对气候环境变化响应迅速,其物质成分、滴速以及水量的变化直接影响石笋的生长及其蕴含的环境信息,是研究地表环境变化与洞穴石笋沉积的桥梁。洞穴滴水从而成为石笋形成机理和古气候重建研究的热点。通过对桂林盘龙洞的现代碳酸盐(CaCO3)——石笋沉积速率的动态监测,揭示在夏半年(4—10月)是新碳酸盐的主要沉积时段,在10cm×12cm的玻璃板上,单点滴水的月平均沉积量为0.7～1.5g,雨季单点滴水的月沉积量最大达到3.086g,日平均沉积量最大达到0.103g,旱季(或冬季)月平均沉积量最小,仅为0.303 8g(为雨季沉积量的1/10),有2个点在旱季(或冬季)有时甚至没有沉积,表现出与雨热同季的季节变化特点,而且,也具有年际变化的特点。其沉积速率与夏季风降水、生物的活动总量、洞穴空气CO2浓度的变化等密切相关。因此,在现代环境下,监测洞穴次生化学沉积物的沉积过程及其对环境的响应,是洞穴化学沉积物应用于全球变化研究领域的坚实的理论基础。

沉积CaCO_3与金属离子界面反应动力学研究

金属离子与沉积碳酸盐之间界面反应动力学模拟实验表明，由于CaCO3快速溶解和溶液pH急剧上升，大部分Pb2+、Zn2+离子与溶液中CO2-3和OH-离子反应生成白铅矿PbCO3、水白铅矿Pb3（OH）2（CO3）2，或Zn（OH）2和水锌矿Zn（OH）6（CO3）2沉淀于体相溶液中，仅有少部分Pb2+、Zn2+通过扩散与CaCO3表面发生离子交换反应。25℃时，Ph2+溶液中以白铝矿沉淀为主，Zn2+溶液中以水锌矿沉淀为主。温度上升，沉淀速率加快的同时，离子交换量也增大。然而，在25℃Ag+吸附实验中，未发现有Ag2CO3沉淀。但温度上升至50℃，溶液中Ag+离子损耗明显增加，但CaCO3对Ag+离子吸附量却减少，这意味着在体相溶液中也可能有Ag2CO3沉淀产生。

单生卵囊藻对DIC的利用及其对CaCO3沉积影响的研究

以生长在钙华池中的单生卵囊藻(Oocystis solitaria Wittr)为研究对象,利用pH漂移方法,探讨了封闭系统中单生卵囊藻在岩溶水和非岩溶水环境下对溶解无机碳(DIC)利用及其对水体Ca2+沉积影响的差异。结果表明,单生卵囊藻在低CO2浓度时,通过胞外碳酸酐酶的催化,以HCO3-作为无机碳源进行光合作用。在岩溶水环境下单生卵囊藻DIC利用能力要高于非岩溶水环境(4.78倍),而在此过程中对水体中Ca2+沉积的影响也更高(2.13倍)。在岩溶水(非岩溶水)环境下,有42.6%(8.9%)的Ca2+通过物理化学效应以CaCO3形式沉积,其余Ca2+可能被藻体生长而吸收利用。

Ca2+动态控制与CaCO3及微藻沉积的模拟试验

在接种螺旋藻并富含NaHCO3的Zarrouk培养液中流加CaCl2，观测Ca^2+与培养液中的HOO^-结合所产生的CaCO3对藻类生产及沉积的影响。试验表明，大于0．100mol·L^-1的CaCl2浓度明显抑制甚至终止螺旋藻的生长；沉积物随CaCl2浓度升高而增加，但两者间非正比例关系，沉积量增加的最佳CaCl2浓度范围为0．001～0．100mol·L^-1，当CaCl2浓度大于0．100mol·L^-1时，沉积量虽有所增加但增势趋缓；培养体系中悬液藻与沉积藻在CaCl2浓度0．037mol·L^-1、钙盐比0．0568时达到生长与沉积平衡，即悬液中和被沉积CaCO3埋藏的藻细胞生物量(干重)均为521mg·L^-1(104mg·L^-1·d^-1)。

采用原位沉积CaCO_3方法改善印刷纸用的二次纤维性能

印刷用纸对白度要求较高,目前常采用漂白化学原生浆生产。实验尝试加填原位沉积CaCO_3的方法来改善废纸浆的光学性能,以提高印刷用纸生产过程中废纸浆利用率。研究结果表明,采用原位沉积CaCO_3的方法加填于脱墨白色账簿纸浆,可有效改善纸张的光学性能,如提高白度和降低ERIC。同时,还研究了纤维对CaCO_3的吸附能力。

150 ka B.P.以来萨拉乌苏河流域的CaCO_3旋回

以米浪沟湾地层剖面作为萨拉乌苏河流域的典型剖面,探讨了150 ka B.P.以来的CaCO3含量分布与气候变化的关系。1)该剖面CaCO3含量及其低-高变化同古风成沙与上覆河湖相或古土壤构成的沉积旋回呈现出明显的对应关系。与米浪沟湾剖面的沉积旋回一样,CaCO3在分布上相应地构成了27个含量高低变化旋回。2)CaCO3在风成沙中含量的分布比较稀散,0.8％～7.18％,平均值2.50％;在河湖相和古土壤中相对富集,2.20％～14.90％。平均值5.74％。从而揭示出其时两者的气候背景是不同的,前者是干旱寒冷气候作用下的风力的侵蚀、搬运与堆积的产物;而后者则与暖湿气候环境下萨拉乌苏河流域地处鄂尔多斯高原和黄土高原之间特殊的低洼地貌位置有关。气候暖湿,河湖沼泽发育、成土成壤作用增强,低洼的集水条件有利于CaCO3的聚集。3)导致米浪沟湾剖面CaCO3的多旋回相对稀散与聚集的根本原因可能是150 ka B.P.以来北半球冰期-间冰期气候波动影响下毛乌素沙漠冬夏季风的多次更迭所致。

岩溶洞穴中碳酸钙沉积菌种的筛选及初步研究

为了解洞穴微生物因素对同位素信息的影响,选择贵州中西部地区的岩溶洞穴为研究对象,利用B-4固体培养基对洞穴细菌进行筛选,观察和了解洞穴细菌形成的CaCO3晶体,并应用XRD分析细菌形成的CaCO3晶体成分,结合相关资料分析微生物对洞穴沉积物的影响.研究发现:洞穴中微生物作用促进CaCO3形成是一种普遍现象,在取样的几个洞穴中均有发现;此外,受试验体系中离子成分和CO2饱和度的影响,实验室体系下微生物形成的CaCO3晶体主要由方解石和球霰石组成.

温度对细菌碳酸酐酶催化碳酸钙沉积的影响

碳酸钙(CaCO3)沉积不仅在许多地质过程中起重要作用,而且在石刻文物和石质建筑物的修复以及环境治理等方面也有应用。CaCO3沉积过程在自然条件下极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2+H2OHCO3-+H+为限速步骤,可以利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以高效催化上述反应的进行,并在CaCO3沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,研究温度对典型细菌CA催化CaCO3沉积的速率及晶型晶貌的影响。结果表明,在实验温度(5～55℃)条件下,30℃时细菌CA催化沉积CaCO3的速率最快,而5℃时的沉积速率最慢,而且,温度会影响细菌CA催化形成的CaCO3晶体的大小和形貌。

南海与台湾岛东部海域浅地层碳酸盐旋回

前人提出南海晚第四纪碳酸钙含量变化存在“大西洋型”和“太平洋型”两种基本类型,本文利用δ18O、CaCO3含量、Al2O3含量、SiO2含量、浮游有孔虫丰度及钙质超微化石丰度,来表征南海与台湾东部海域13个柱状样的碳酸盐旋回特征。CaCO3含量和SiO2含量通常是表征碳酸盐旋回的良好指标,二者的变化常呈相互消长关系。研究区碳酸盐旋回包括“大西洋型”和“太平洋型”两种标准型式,但也存在不规则形态。“大西洋型”碳酸盐旋回与海平面冰期-间冰期升降旋回密切相关,本文研究的具有该旋回特征的柱状样主要分布在南海水深3000 m以浅区域,其中南海北部碳酸盐旋回很可能伴随着海平面下降(上升)期间富集陆源较粗(细)颗粒物的过程。“太平洋型”碳酸盐旋回在南海现今碳酸钙溶跃面上下很大水深范围都有分布,碳酸钙溶解作用旋回不是“太平洋型”碳酸盐旋回的根本原因。本文研究的台湾东部海域柱状样碳酸盐旋回既不属于大西洋型,也不属于太平洋型。研究区浅地层沉积速率变化与碳酸盐旋回的型式关系不大,主要受控于水深和冰期旋回中海平面变化。随着水深增大,沉积速率趋于增加。MIS2期平均沉积速率大约是MIS1期平均沉积速率的2倍多。

不同涂层材料表面CaCO_3污垢特性的研究

采用对比实验的方法,通过对ECTFE、FEP、PTFE和PFA4 4种涂层材料表面的粗糙度、接触角、表面能测量和计算,考察了这些表面特性参数对CaCO3污垢形成的影响。实验结果表明,材料表面特性对污垢形成有较大影响,材料的表面能越低,污垢沉积量越小,而表面的粗糙度、接触角对CaCO3污垢形成的影响还未发现明显的规律。

圆管内三角翼涡流发生器CaCO3污垢特性

采用CFD软件模拟研究管内三角翼涡流发生器CaCO3污垢特性,考察涡流发生器排列间距、攻角、翼长及夹角对污垢热阻的影响。结果表明,在涡流发生器翼片两侧产生2个对称的运动方向相反的涡旋,且装有涡流发生器的强化管的污垢热阻小于光管的污垢热阻,说明涡流发生器对壁面边界层的扰动可有效抑制污垢的沉积。渐近污垢热阻随间距的增加而增大,且增速逐渐变缓;渐近污垢热阻在攻角小于90°时,随攻角的增加而增大,在攻角大于90°时,随攻角的增加而减小;渐近污垢热阻随翼长的增加而减小,且减小的速度逐渐增大;渐进污垢热阻随夹角的增加而减小,且减小趋势逐渐变缓。

矩形通道内CaCO_3污垢特性研究

采用数值模拟方法研究了矩形通道内CaCO3污垢的沉积过程,分析了CaCO3溶液的浓度、速度、温度对污垢沉积率、剥蚀率与污垢热阻的影响。结果表明,CaCO3在矩形通道内的沉积率、剥蚀率与污垢热阻随入口浓度的增大而增大,随着入口速度的增大而增大,但是随入口溶液温度的增大而减小。

纳米CaCO3／TiO2复合粒子的制备

首先制备出分散性能良好的Ti(OH)：胶体溶液，然后将胶体溶液加入到以十二烷基苯磺酸钠为分散剂的纳米CaCO3水性悬浮液中；通过改变体系的温度、pH值等参数破坏Ti(OH)4胶体粒子的稳定性，导致Ti（OH)4胶体粒子沉积在纳米CaCO3表面从而形成具有核-壳结构的纳米CaCO3／TiO2复合粒子，沉积过程中纳米CaCO3可起成核剂作用。所制备的纳米CaCO3／TiO2复合粒子以球形或近球形为主，粒度均一，且壳层TiO2粒子的尺寸为5～8nm。

关于黄土碳酸盐与气候环境关系探讨

黄土中碳酸盐与气候环境密切相关。从碳酸盐的成因看,干冷的气候利于原生碳酸盐的保存,而温湿的气候使大量的次生碳酸盐产生。碳酸盐的存在形式与降水量多少有关,降水量大可形成结核层和钙板等,而降水量小则形成各种胶膜。胶膜中各种不同形态的方解石胶膜又可反映不同的气候条件。黄土-古土壤中形成的碳酸盐实际上在古土壤期形成的碳酸盐要高于黄土期形成的,只是由于古土壤期强烈的风化淋溶作用,大量的碳酸盐从古土壤中淀积到下伏的黄土层中。黄土中CaCO3的淀积可分为连续淀积和不连续淀积两类。依据淀积深度和降水量的关系,可建立二者定量的关系。从黄土碳酸盐的不同方面,得到其与气候环境关系较为全面的认识。

洞穴滴水-CaCO_3体系氧碳同位素组成的气候意义研究现状和问题

近年来,通过对洞穴滴水-CaCO3体系各项指标的长期监测,以了解现代碳酸钙沉积的形成机制成为了石笋古气候研究的重点。尤其是对滴水-CaCO3体系氧同位素组成(δ18 O)的研究取得了显著的进展。人们在对滴水和CaCO3的δ18 O与古温度关系的研究中,不断地修改普遍使用的关系式,甚至提出了适合自身研究区石笋δ18 O与温度的关系式。无疑这将增加利用石笋氧同位素组成重建本地区古温度的可信度。在对碳同位素组成(δ13 C)的研究中,学者们更加细致地研究了各种影响滴水δ13 C值的因素(如先期碳酸盐沉积PCP、通风条件等),为更好地利用石笋δ13 C重建古气候环境提供了科学支撑。由于洞穴监测条件的限制,至今大多数洞穴都未能建立起完善的自上而下的监测体系,所以对一些δ18 O、δ13 C变化的解译仍然存在多解性和不确定性,有待未来的研究继续加强。

稀土尾矿对水泥生料碳酸盐分解的影响

在水泥熟料煅烧过程中,CaCO3一般在900℃～1 000℃温度下分解,分解过程要吸收大量的热量。水泥生产过程中加入的F-、SO3类复合矿化剂能有效促进CaCO3在较低温度下（800℃～900℃）分解,使水泥煅烧过程消耗的热量得到降低,节约了燃煤的使用,目前氟、硫型矿化剂在我国水泥工业中应用较为广泛。但氟、硫型矿化剂若使用不当会造成水泥性能异常,出现急凝、缓凝、早期强度降低等现象;此外,氟、硫型矿化剂还会产生腐蚀性气体,能够腐蚀各种水泥生产设备,缩短水泥生产设备的使用寿命,同时会造成环境污染。我国稀土资源极为丰富,探讨稀土尾矿、贫矿和废渣等废弃物在水泥行业中的应用,不仅可以开发新型水泥矿化剂,而且可以有效利用资源。

天然Ⅱ型CaCO_3矿物的发现

本文报道了天然Ⅱ型ＣａＣＯ３ 矿物。该矿物发现于海洋表层沉积物，成分与方解石、文石及六方球方解石相同，但结构完全不同，它们共同组成了天然ＣａＣＯ３ 的同质多象变体。天然Ⅱ型ＣａＣＯ３ 矿物的空间群为Ｐ２１／ｃ，单位轴长为ａ０＝ ０．６２９０±０．０００２ ｎｍ ，ｂ０＝ ０．４９３４±０．０００２ ｎｍ ，ｃ０＝ ０．７９７９±０．０００３ｎｍ ，β＝ １０７．５７１°±０．００２°，Ｚ＝ ４，单胞体积为０．２３６０５±０．１７４９ｎｍ ３；理论密度为２．８２ ｇ／ｃｍ ３，实测值为２．７６ ｇ／ｃｍ ３；实测硬度Ｈ＝ ４。天然Ⅱ型ＣａＣＯ３ 矿物是在深水环境中较高静水压力下形成的珊瑚体生物矿物。

碳酸盐含量分析技术在花古区块下古生界潜山界面卡取的应用

通过对高青油田花古区块卡取下古生界潜山界面的6口井进行连续系统的碳酸盐含量分析发现,分别在太原组中下部、本溪组中部、下古生界八陡组存在3段碳酸盐含量异常变化,进行数据制图分析则可以看出纵向上碳酸盐含量异常层段存在着"3段步步高"变化特征,尤其是第三段进入下古生界八陡组在碳酸盐总含量较第二段本溪组存在"步步高"变化特征的同时,还伴随着CaMg(CO_3)_2含量较第一段太原组和第二段本溪组均出现"突变(骤高)"的特征。利用这种碳酸盐总含量"3段步步高"与CaMg(CO_3)_2含量"突变(骤高)"组合变化(即"3合1"组合特征),可以准确有效地确定地层层位和碳酸盐潜山界面。

CaCO3改性BaSO4复合材料的制备及性能表征

以CaCO3为改性剂,采用表面沉积法制备了CaCO3改性BaSO4复合材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行了结构表征,并研究了改性温度、改性浓度对复合材料粒径分布、活化度和沉降时间的影响。结果表明,25℃下,复合材料的粒径分布较窄且均匀,集中在1000~2000 nm。当温度为25℃、浓度为2 mol·L^-1时,具有最佳的改性效果,与未改性BaSO4相比,活化度和沉降时间高达88.2%和7.5 h,分别提高了54.99%和5 h,这一结果对商洛地区BaSO4改性复合材料的生产具有指导意义。