海洋汞同位素研究进展

海洋作为地球上最重要的汞储库之一,在调节全球汞循环中起着关键作用.近年来,汞同位素在研究海洋汞生物地球化学循环方面展现出明显优势,不但能示踪现代海洋汞污染来源及转化过程,还可重建古环境、古气候.总结了不同类型海洋样品汞同位素检测方法,系统归纳了其汞同位素数据,并重点阐述了海洋汞同位素分馏机制.总体上,目前海洋汞同位素数据还很有限,海洋汞循环关键过程的同位素分馏效应及潜在机理研究相对缺乏,精确源解析困难,难以对全球汞关键过程和循环通量进行准确验证和制约.未来还需要深入研究汞同位素分馏机理,进一步明确海洋中汞的来源、迁移及转化,为完善全球汞循环及精准防控海洋汞污染提供基础数据和理论支持.     

汞的稳定同位素分馏机理

汞是唯一能够以气态单质形式进行长距离传输的有毒重金属元素,其环境行为和健康危害受到广泛关注.近十多年来发展起来的汞稳定同位素技术为研究环境中汞的来源、迁移转化过程以及相应的生态环境效应提供了新的视野.汞同位素是自然界中唯一表现出多种显著非质量分馏(MIF)的独特金属同位素体系,对汞同位素的研究一直偏重应用,而对其分馏机理的认识十分有限.本文从汞稳定同位素分馏理论、分馏实验研究和实际环境过程的汞同位素分馏三方面系统阐述了近十多年来关于汞同位素分馏机理的研究成果、最新进展和未来发展方向.尽管目前的研究普遍认为无机汞的光化学氧化还原和甲基汞的光化学降解是环境中汞同位素MIF的主要产生机制,然而MIF程度和方向的影响因素还不完全清楚,其量化理论还未完全建立,实际环境过程中的分馏机理研究还相对缺乏.未来需要结合理论和实验研究进一步明确大气、陆地、海洋、极地、古环境等实际环境体系中的汞同位素分馏机理,进而拓展汞同位素的应用.     

有机溴化物的溴同位素测试技术及其生物地球化学指示意义

有机溴化物已成为继有机氯化物之后又一值得关注的全球性新兴持久性有机污染物。稳定Br同位素测试技术的快速发展,为有机溴化物生物地球化学循环研究提供了更为有效的技术支撑。在综述稳定Br同位素研究进展的基础上认为：①基于GC-MC-ICPMS技术基础上的有机单体Br同位素（CSIA-OBr）是Br同位素研究的主要趋势,难点是...     

锌同位素地球化学及应用研究进展

随着化学纯化技术的提高及质谱仪的开发与应用,锌同位素已成为近年来非传统稳定同位素地球化学的一个研究热点,人们对锌同位素地球化学的认识随着研究的深入有了极大提高。本文对锌同位素地球化学进行了全面的综述,追踪了锌同位素在地学领域最新的研究进展。目前,锌同位素已被广泛应用在天体化学、环境地球化学、古海洋、古环境重建以及深部碳循环等诸多地球科学及环境科学研究领域,展现出巨大的应用潜力。各领域的研究成果为推进锌同位素地球化学的发展做出了巨大贡献。     

有机单体同位素分析技术在地下水污染中的研究现状

有机单体同位素分析(CSIA)在地下水污染研究领域的测试数据主要应用于:确定污染物的来源;确定和量化污染场地的生物(或非生物)迁移反应;表征生成分子的元素反应机理.介绍了CSIA分析前处理技术及水污染研究领域中应用CSIA方法确定污染物来源和生物非生物降解分馏作用的研究进展,总结了CSIA技术在其他稳定同位素领域的研究进展和未来发展方向.     

泥炭沼泽有机地球化学研究进展

近几十年来，国内外泥炭沼泽地球化学研究取得了一系列重要进展，特别是在脂类化合物和稳定同位素等方面。泥炭沼泽是一个良好的地质档案，泥炭纤维素碳、氢和氧同位素组成和比值是环境变化的综合参数，沉积脂类化合物含有反映有机质母源先质的骨架结构，这些标志物高分辨率地记录了全新世以来古气候、古植被和古环境的演变信息，在当今全球变化研究中占有相当重要的地位。本文综述了泥炭沼泽地球化学研究进展，侧重于泥炭沼泽脂类化合物和稳定同位素等标志物的地球化学研究现状和发展趋势；侧重论述了研究技术的发展、定性说明到定量分析的过渡、研究精度的提高及存在的问题，分析了这些分子标志物与植被演替、气候变迁和环境变化间的对应关系，指出了我国在该方面的薄弱之处以及需加强的领域。     

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。     

稳定同位素地球化学研究新况

近年来稳定同位素地球化学进展显著。同位素测试方面的主要进展表现为：①离子探针质谱及激光制样系统的迅速发展和在同位素分析中广泛应用；②同位素测量仪器的自动化和电脑化；③分析方法和结果标准化；④新的同位素分析方法的开拓。同位素分馏机制方面最突出的进展是对与质量无关的同位素分馏的研究。已发现这种分馏在大气化学反应中和前太阳系阶段起重要作用。同时对热力学和动力学同位素分馏研究正进一步系统化。同位素应用方面，地球表面圈层研究受到更多注意。与资源与环境问题直接相关的研究更受到特别重视。对硼、硅、氯和锂等同位素新方法的地质应用也进展突出。     

激光探针质谱研究新进展

激光探针质谱 最近发展起来的分析微量地质样口同位素和高空间分辨率的新方法,介绍了激光探针质谱的基本原原理和间述了国内外的研究进展及其在同位素地质年代学和稳定同位素地球化学方面的应用状况。     

环境地球化学研究进展(2000～2010年)简述

在过去十来年中,环境地球化学学科获得了很大发展,研究内容十分丰富。本文以2011年4月在广州举行的环境地球化学学术讨论会的内容为线索,简要介绍了中国环境地球化学研究方面的一些进展和存在的问题以及发展方向,包括氮、喀斯特、汞、非传统稳定同位素、有机物以及气候变化等环境地球化学。     

镉稳定同位素研究进展

Cd具有挥发性和亲硫性,在海洋环境中Cd为微量营养元素,而在生态环境及农业土壤环境中Cd为有毒元素.因此,镉同位素被应用于海洋科学、地球科学、环境科学及农业科学研究,并展现出巨大的应用潜力.本文总结了近年来富含有机质的环境样品、植物样品和生物样品的消解方法,以及Cd分离纯化及双稀释剂校正方法的研究进展.采用微波、高压灰...     

Mo稳定同位素研究进展

随着表面热离子质谱(TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用以及同位素分析方法的改进,近10年来非传统稳定同位素(Cu、Zn、Fe、Se、Mo、Cr、Hg等)的研究得到迅速发展.其中,由于Mo同位素的分馏明显受氧化还原条件的控制,使其在指示古环境及古气候的变化方面有独特的地球化学指示意义.同时,Mo同位素在指示成矿物质来源和海洋Mo循环等方面也取得较大成果.因此,Mo同位素地球化学研究已成为国际地学领域的一个前沿和热点.本文综合前人的研究成果,结合近期自己的工作,论述了Mo同位素地球化学研究领域的一些重要进展,详细介绍了Mo同位素的化学分离、提纯和质谱分析技术,并对其应用前景进行了展望.     

蒸发岩非传统稳定同位素研究综述

蒸发岩是海水/卤水蒸发浓缩的产物,不同的水化学环境下析出的蒸发岩类型不同,其在不同的地质历史时期都有分布,是重要的古海水和古环境记录载体。蒸发岩研究的主要问题包括:蒸发岩的物质来源、形成时代、蒸发盆地和卤水的演化历史、蒸发岩矿物所记录的环境变化。一些矿物、元素及同位素指标可用于解决这些问题,其中稳定同位素对于示踪蒸发岩的物质来源与形成过程具有不可替代的作用。近20年来,非传统稳定同位素地球化学获得快速发展,并在蒸发岩研究中获得成功应用,这些同位素体系包括阴离子元素B、Cl和Br,以及阳离子元素Mg、K和Ca。本文综述了多个非传统稳定同位素在蒸发岩领域的研究,主要包括:蒸发岩矿物与溶液之间的同位素分馏系数、蒸发岩的同位素信息重建古海水同位素组成及示踪蒸发岩成因和时代等。     

“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑特邀主编寄语

同位素定年和示踪技术已渗透到地球科学的各个方面, 成为确定地质事件时代和成岩成矿年龄、示踪成岩成矿物质来源和形成环境条件的重要手段, 推动地球科学发展的重要动力。随着分析技术的不断发展, 微区/微量同位素、非传统同位素、高维度同位素已成为当前国际同位素地球化学研究的前沿和重点领域, 近年来我国在该领域也取得长足发展和一系列重大成果。本“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑集中刊发了13篇这方面的文章, 主要涵盖了两个方向的研究成果: (1)同位素地质分析新方法及标准物质研制; (2)同位素地球化学研究新进展, 主要包括同位素示踪技术在矿床和海洋沉积环境中应用研究。本文将对收录本专辑论文的研究工作做一简要介绍, 对深入了解我国同位素地质分析技术及应用研究最新进展具有一定参考价值。     

Application of the stable-isotope system to the study of sources and fate of Hg in the environment: A review

With the improvement of analytical methods and the development of multiple-collector inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICP/MS), research on non-traditional stable isotope (Cu, Zn, Fe, Se, Mo, Cr, Hg) in geochemistry has made tremendous progress in the past decade. Recent studies have demonstrated that both organic and inorganic reactions may cause Hg isotope fractionation, and variations of Hg isotopic composition in the environment have been successfully employed to explain Hg pollution history, Hg sources and tracking Hg pathways in nature. Furthermore, Hg isotopic fractionation studies can be a powerful tool in the calibration of global Hg cycling models. Stable isotope geochemistry of Hg is therefore becoming a new frontier subject in earth sciences. Based on summarizing previous research, this paper outlines the main advances in the study of Hg stable isotopes with particular emphasis placed on a brief explanation of Hg isotope analytical techniques, possible Hg isotope fractionation mechanisms observed in both natural and experimental processes, Hg isotope composition variations in different environmental matrices, and the application prospects of the Hg stable isotopes in environmental geosciences.     

钛同位素地球化学综述

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。     

地下水水质评价与水资源管理：水文地球化学与同位素方法的应用研究进展

地下水系统是包含地质环境、地下水动力、地下水化学等子集的综合系统,早在2000年前的古罗马时代,人们就已应用水文地球化学方法开展地下水的水化学特征、地下水补给、径流与排泄等研究。近现代同位素技术的发展,为开展地下水补给和可更新性、追踪地下水污染等方面的研究,提供了极大帮助。研究者通过分析地下水样品的水文地球化学指标,如K~+、Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)等离子,结合δ18 O、δD、δ37 Cl、δ81 Br等稳定同位素指标,在地下水径流特征分析、水岩相互作用过程、地下水咸化、地下水资源管理以及地下水水质问题等研究方面取得了大量成果。本文概述了国内外近年来应用水文地球化学与同位素结合的手段进行地下水系统研究取得的成果及进展,着重回顾了在地下水咸化、地下水硝酸盐及微量有机污染以及地下水资源管理研究中的应用成果。文末讨论了应用水文地球化学与同位素结合的手段研究地下水系统的基本方法,探讨了开展地下水质质量评价与地下水资源管理的科学方法,展望了水文地球化学与同位素方法在地下水有机污染调查研究中的应用前景,认为该方法可以为地下水中新型及持久性有机污染物的来源及污染特征研究提供重要支撑。     

钾稳定同位素研究综述

钾稳定同位素是重要的非传统稳定同位素体系,也是近年来迅速发展的热门研究课题。对钾同位素研究历史和现状进行综述,具体包括以下内容:(1)总结了钾元素的地球化学和宇宙化学性质,包括钾在主要地质储库(地幔、地壳、海洋)中的丰度及其分配,钾在岩浆演化中的不相容大离子亲石性,常见含钾火成岩/沉积岩矿物以及钾在表生过程中的循环,也包括主要行星物质(球粒陨石、非球粒陨石、火星和灶神星陨石以及月球样品)中钾的含量、赋存状态、主要矿物,钾在太阳星云冷凝、行星积聚以及岩浆海过程中的中等挥发性质;(2)介绍了钾同位素的研究历史,从1922年Dempster利用最早的质谱仪测量钾同位素在自然界的丰度,到Taylor和Urey在1938发表的经典的钾同位素分馏实验,再到Humayun和Clayton在1995年发表的钾同位素领域的经典研究,最后到近几年的进展;(3)介绍了对钾的前处理(离子交换柱法)以及钾同位素的主要测量方法,包括早期热电离质谱仪法(TIMS),二次离子质谱仪法(SIMS)和近十几年以来高速发展的多接收电感耦合等离子体质谱仪法(MC-ICP-MS)及其不同的技术路线;(4)介绍了高精度钾同位素比值在低温地球化学和生物地球化学中的应用,包括钾同位素在地表的风化过程中、海水洋壳的反向风化作用中的分馏及其在示踪全球钾元素循环和洋壳俯冲等过程中的应用;(5)介绍了高精度钾同位素比值在高温地球化学中的应用,包括钾同位素在岩浆分异和矿物结晶过程中的分馏;(6)介绍了高精度钾同位素比值在宇宙化学中的应用,包括在太阳星云冷凝、行星凝聚、月球形成大碰撞、岩浆海、火山喷发去气过程中的分馏作用。     

高温下非传统稳定同位素分馏

过去十几年来,非传统稳定同位素地球化学在高温地质过程的研究中取得了的重大进展。多接收诱导耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)的应用引发了稳定同位素分析方法的重大突破,使得精确测定重元素的同位素比值成为可能。本文总结了以Li、Fe和Mg同位素为代表的非传统稳定同位素在岩石地球化学研究中的应用。Li同位素目前被广泛地用于地幔地球化学、俯冲带物质再循环和变质作用的研究中,可以用来示踪岩浆的源区性质和扩散等动力学过程。不同价态的Fe在矿物熔体相之间的分配可以产生Fe同位素分馏,可以发生在地幔交代、部分熔融、分离结晶等过程中。岩浆岩的Mg同位素则大致反映其源区的特征,地幔的Mg同位素组成比较均一,这为研究低温地球化学过程中Mg同位素的分馏提供一个均一的背景。此外,Cl,Si,Cu,Ca,U等等同位素体系也具有广阔的应用前景。对同位素分馏机制的实验研究和理论模拟为理解非传统稳定同位素数据提供了必要的指导。实验表明,高温下具有不同的迁移速度的轻、重同位素可以产生显著的动力学同位素分馏,这一分馏可以在化学扩散、蒸发和凝华等过程中发生;同位素在矿物和熔体以及流体相中化学环境的差异使得不同相之间可以发生平衡分馏。而最近的硅酸盐岩浆的热扩散和热迁移实验则揭示了一种"新"的岩浆分异和同位素分馏机制。沿着温度梯度,硅酸盐岩浆可以发生显著的元素和同位素分异,湿的安山岩可以通过这种方式演变成花岗质成分,因此这个过程可能对陆壳的产生和演化有重大影响。如果温度梯度在岩浆作用中能长期存在,热扩散就可以产生稳定同位素的分馏,这一机制有别于传统的平衡和动力学同位素分馏。 而多个稳定同位素体系的正相关关系是示踪热迁移过程的最有力证据。在热扩散过程中,流体承载的物质的浓度和它的索瑞系数有关。但是这个系数对体系的很多参数非常敏感,变化极大,因此对热扩散效应的研究产生极大的困难。对热扩散实验的镁、钙和铁同位素测量表明,同位素比值的变化与体系的化学组成以及总温度无关,只和温度变化的幅度有关,这意味着即使元素的索瑞系数变化多端,某一元素的同位素之间的索瑞系数的差别总为常数。这一发现有助于简化对热扩散和索瑞系数这一基础物理问题的研究 。