宇宙成因核素10Be的地球化学行为及其在黄土示踪研究中的应用

¹⁰Be是一种典型的长寿命宇宙成因核素,对其在自然界中的分布规律、迁移形式和赋存状态等地球化学行为特征的研究,是利用沉积物¹⁰Be记录进行定年和环境示踪研究的理论基础。其中明确¹⁰Be在不同沉积物中的赋存状态是研究¹⁰Be保存性的基础,而¹⁰Be在固相和液相介质中的分配系数Kd则主要反映了¹⁰Be在固相和液相中的迁移能力,对研究自然界不同沉积物中¹⁰Be的迁移性至关重要,直接影响到沉积物中¹⁰Be环境示踪研究的有效性。本文尝试总结了大气成因¹⁰Be在海洋、河流沉积物和土壤中的赋存状态,分析了¹⁰Be分配系数Kd的分布范围及其主要控制因素。在此基础上以土壤中¹⁰Be的分布特征、迁移规律及影响因素研究为参考实例,对比分析了目前已有对黄土-古土壤序列中¹⁰Be地球化学行为研究取得的主要成果,建议未来应从地球化学机制方面进一步加强对黄土地层序列¹⁰Be分布特征、浓度变化规律及可能影响因素的综合研究,为黄土¹⁰Be示踪研究提供更全面的理论依据。     

汉中大佛洞宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

汉中天坑群是在我国湿润热带-亚热带岩溶地貌区北界首次发现的岩溶地质景观,已查明区内发育岩溶洞穴160余处,对研究中国南北方乃至全球古地理环境及气候变化具有重要科学价值。目前该区域地貌演化、岩溶洞穴发育研究刚刚起步,尚没有该岩溶区年代学研究成果报道。本文尝试运用加速器质谱仪(AMS)宇宙成因核素~(26)Al/~(10)Be埋藏年龄测试技术,对汉中南郑岩溶洞穴大佛洞内次生沉积石英砾石进行年龄测定,获得~(26)Al/~(10)Be埋藏年龄为(1.07±0.71)Ma,初步限定了汉中岩溶洞穴大佛洞的发育时期;同时获得大佛洞石英砾石样品在埋藏前该流域侵蚀速率为(156.5±73.4)m?Ma-1。     

10Be和26Al揭示的合黎山西南部侵蚀速率初步研究

地表侵蚀速率是衡量地貌演化的一个重要因子。本研究利用原地宇宙成因核素~(10)Be和26Al对合黎山西南部地表岩石侵蚀速率进行了首次测定。结果显示:约30 ka以来,合黎山西南部的地表岩石侵蚀速率约为24 mm?ka~(-1)。这一结果与已见报道的其他基岩侵蚀速率值一致。这一结果与Small et al获得的非干旱地区的基岩侵蚀速率也基本一致,但是显著高于干旱的南极地区和半干旱的澳大利亚。~(10)Be和26Al获得的侵蚀速率的良好一致性表明本研究中所用侵蚀模式的有效性。所得的侵蚀速率小于Palumbo et al测定的合黎山平均流域侵蚀速率(99 mm?ka-1),原因解释尚待更多地点和样品的研究。     

黄河三角洲及邻近海域沉积物137Cs和210Pbex断代的适用性

¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex定年是确定近百年来浅层湖泊沉积物年代学框架的首选方法,然而,该方法在河口滩地及邻近海域沉积物断代中的适用性仍然不清。本文以渤海黄河三角洲为研究对象,通过钻孔采集了1929～1990年间四个不同成陆年限的淤成土泥芯,分析了¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex活度及粒度的深度分布特征;结合已报道的邻近海域水下地形特征、沉积物特性、沉积构造等资料,讨论了黄河口泥沙沉积和三角洲形成的特点,评价了沉积物¹³⁷Cs和²¹⁰Pb_ex断代法在该区域的适用性。结果表明,黄河三角洲是由入海口冲积扇不断向前推进而形成,具有快速且不均匀沉积的特点。20世纪50～70年代大气层核试验产生的放射性同位素¹³⁷Cs是黄河三角洲和邻近海域沉积物断代可靠的示踪物,含¹³⁷Cs的沉积物可被确定为1963年(或1954年)以来的沉积物。²¹⁰Pb_ex是大气持续沉降的天然放射性尘埃,不适用于具有快速且不均匀沉积特点的入海口水下冲积扇沉积物断代;水下冲积扇成陆后,地面继续承接²¹⁰Pb_ex核数沉降,因此,²¹⁰Pb_ex也不适用于黄河陆地三角洲的沉积物断代。泥沙的沉积速率在远离水下冲积扇的海域较低,且经水面沉降至海底的²¹⁰Pb_ex比例较高,沉积物的²¹⁰Pb_ex深度分布曲线形态类似于稳定环境的湖泊、海湾。计算沉积速率的CIC和CRS模型未考虑核素的向下扩散迁移过程,这可能会导致估算的黄河三角洲邻近海域泥沙沉积速率偏大。     

基于210Pb和137Cs计年法的黄河下游湿地沉积速率研究初探

本文利用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs计年方法分析探讨黄河下游湿地沉积速率演化与上游水沙变化的响应关系。结果表明，²¹⁰Pb比活度大致指数衰减趋势以及¹³⁷Cs蓄积峰的鉴出，表明放射性核素手段在黄河下游湿地的沉积学研究具有一定可行性。基于²¹⁰Pb的CIC模式和CRS模式得出的沉积速率分别为1.68 cm/a和0.67~2.76 cm/a；基于¹³⁷Cs剖面的1963年和1986年两个蓄积峰，计算自下而上沉积速率分别为2.67 cm/a、1.08 cm/a和1.21 cm/a。研究发现，近几十年黄河下游湿地沉积速率呈逐渐减小趋势，这与黄河流域气候变化、上游流域建坝、水土保持和下游水资源利用存在密切关系。此外，水库调度方式也在一定程度上影响下游沉积速率，虽然下游淤积量不变，但洪峰的"削平"导致泥沙难以淤积于湿地。     

3H和99Tc在黄土中的迁移特性比较

³H和⁹⁹Tc是低中放废物处置中2个重要的核素,在处置场的安全评价中十分重要.由于介质对³H和⁹⁹Tc的吸附较弱,常忽略其滞留性,并用³H标定地下水的流速.野外实验表明:在包气带中,黄土对⁹⁹Tc的吸附大于³H;在含水层中,黄土对³H迁移的影响大于⁹⁹Tc.本文根据实验数据,采用非平衡吸附模式NESOR程序分别模拟了³H和⁹⁹Tc在黄土包气带和含水层中的迁移过程.模拟结果表明:⁹⁹Tc在黄土包气带中的分配系数范围为0.05～0.055mL/g;³H在黄土含水层中分配系数为0.116mL/g,该参数是黄土对³H和⁹⁹Tc综合影响的结果,其滞留机理尚待研究.     

城郊小河流沉积物吸附Pb2+的动力学过程

采用分批试验法,对城郊小河流沉积物吸附Pb2+过程进行了研究,探讨了Pb2+吸附的动力学过程和机制.结果表明,随着溶液中沉积物质量增大,达到吸附平衡所需时间变短,单位沉积物吸附量和达到吸附平衡后溶液中Pb²⁺浓度变低;沉积物含量>0.6 g·L^-1时对溶液中Pb²⁺的去除率超过95%;Pb²⁺在沉积物上吸附的动力学过程符合假二级动力学模型,该模型拟合的平衡吸附量也更接近真实值;Pb²⁺初始吸附速率与初始溶液中沉积物质量无明显的相关性;随溶液中沉积物浓度的增加,吸附速率常数逐渐增大,化学吸附所起的作用也越显著;较高浓度沉积物吸附Pb²⁺的动力学机制能较好符合Elovich方程,但较低浓度沉积物时则相对较差;从吸附速率来看,溶液中沉积物质量较高时,内扩散是整个吸附过程速率的控制步骤,沉积物含量较低时,吸附速率存在多级线性过程,初始阶段非均相扩散是主要控制步骤,但随着时间的延长,其吸附过程转变为沉积物内部的扩散过程.     

大气129I水平对超低129I含量地质样品分析中流程空白的影响

为了采用¹²⁹I进行地质定年研究,该类样品中的¹²⁹I/¹²⁷I原子比值通常低于10^-12,因此低的¹²⁹I流程空白是分析地质定年样品的前提条件之一。在全球范围内,大气中129I的水平呈现显著变化趋势,¹²⁹I/¹²⁷I原子比值范围在10^-10 到10^-6。然而,在样品制备过程中,是否大气中的¹²⁹I会影响流程空白尚未可知。本研究调查了三种常用的¹²⁹I分析方法,包括直接沉淀法、溶剂萃取法和管式燃烧法（分别以压缩空气和氧气作为载气）来比较流程空白中的¹²⁹I/¹²⁷I比值。研究结果表明：在最佳实验室条件下,流程空白均被控制在较低的水平,可用于分析各种环境和地质样品。另外,通过研究溶液的长时间储存,发现当0.4 mol???L^-1NaOH溶液储存一年以上时,¹²⁹I?/?¹²⁷I比值比新配制的NaOH溶液有所提高,但基本在实验室正常本底2×10^-13以内。采用压缩空气作为载气的管式燃烧法比氧气为载气时具有明显提高的¹²⁹I?/?³I比值。研究表明样品和试剂的储存,以及制样过程中与大气的交换程度均会影响流程空白中¹²⁹I的水平。因此在分析超低¹²⁹I含量的地质样品时,固体样品中碘的分离应采用低本底的分析方法（如以纯气体作为载体的管式燃烧法）,如有必要还可在低大气¹²⁹I水平的实验室进行实验。     

青海共和盆地降尘观测与137Cs测定的初步结果

通过对1998～1999年共和盆地的降尘观测和尘样的¹³⁷Cs分析,测定了降尘速率及其月分配;对尘源进行了¹³⁷Cs示踪,并从理论上估算出降尘产生的¹³⁷Cs再分配,对沉积速率的计算模型进行了讨论.作为采用¹³⁷Cs法研究沙尘暴降尘的一次尝试,这些初步结果对沙尘暴测定及其强度评估等方面研究有一定的借鉴作用.     

青菜对14CO2的吸收和积累动态

为了探明¹⁴CO₂在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了青菜对¹⁴CO₂的吸收和积累动态.结果显示,通过叶片光合作用从空气中吸收的¹⁴CO₂会向青菜其他部位组织输送并形成积累趋势,各部位组织中^１４Ｃ比活度随时间呈线性增长,增长速率介于95.3～270.2 Bq/(g·d)范围内, 大小次序为:菜心＞叶＞叶柄＞茎盘＞根.青菜对¹⁴CO₂(^１４Ｃ)具有强烈的富集作用,各部位的富集系数随时间呈快速增加,积累效应十分明显,其中菜心中的富集系数最大(48 d时高达156.4),叶片次之(48 d时为135.6). 青菜各部位^１４Ｃ比活度均随¹⁴CO₂引入次数的增加而递增,回归分析表明:各部位组织中^１４Ｃ比活度C的变化与引入次数N间呈线性正相关.青菜对空气中¹⁴CO₂的高富集特性可用来作为监测大气¹⁴CO₂污染的指示作物.     

马兰黄土中Laschamp地磁漂移的10^Be记录与古地磁测试结果的初步对比

Laschamp地磁场漂移事件发生的确切年代(~42kaBP)已通过相对独立的同位素定年手段确定,并被证实具有全球性特征.但这一事件在我国马兰黄土地层中的记录存在着明显的空间差异.本文初步对比了最近发表的黄土高原洛川剖面mBe4L录的Laschamp漂移信息和前人根据该44面古地磁参数异常结合Heinrich冷事件所确...     

210Pb和137Cs计年在尼罗河三角洲的应用现状与适用性分析

本文详细梳理了210Pb和137 Cs计年法在尼罗河三角洲泻湖沉积年代学研究的历史过程以及遇到的困境,并结合笔者近期研究结果,进一步论证了该手段在近百年湖泊沉积速率测定和沉积过程研究等方面仍具有较高适用性。同时,笔者从钻孔采样位置、岩性状况、采样间距、计算模式等四个方面提出了在实际应用210 Pb和137 Cs计年中应注意的细节,以期为今后该手段应用于湖泊环境污染年代测定研究取得理想效果提供一定理论帮助。     

基于液相31P核磁共振(NMR)技术的巢湖沉积物中有机磷形态研究

利用改进的沉积物有机磷提取方法和液相31P核磁共振(NMR)分析方法,研究了巢湖表层沉积物有机磷形态.结果表明:西部湖区表层沉积物总磷含量高于东部湖区,其平均含量分别为(1089.82±108.14) mg·kg-1和(497.80±51.59) mg·kg-1;东部湖区沉积物中有机磷百分含量(31.88％±2.41％)高于西部湖区(20.86％±1.65％);表层沉积物主要磷份组成包括膦酸盐(Phon-P)、正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷脂(Lipid-P)、DNA(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P);磷酸单酯为有机磷的主要组分,平均含量占总磷的22.12％±5.32％;磷酸单酯和DNA百分含量东部湖区大于西部湖区,磷酸单酯百分含量分别为25.99％±2.29％和16.30％±1.06％,DNA百分含量分别为5.61％±0.24％和3.85％±1.01％.31P核磁共振技术可以有效的应用于巢湖等富营养化湖泊沉积物磷形态分析;巢湖表层沉积物以无机磷为主,有机磷种类丰富,以磷酸单酯为主.     

134Cs在水相生态系中的行为——134Cs在水-萍-底泥中的消长与分配

¹³⁴Cs在水-萍-底泥系统中的消长遵循指数回归形式;萍能从水体中吸收¹³⁴Cs,并富集在其体内.萍种间的富集能力有差异,其中,小叶满江红>满江红>蕨状满江红>浮萍>卡州满江红,底泥对水体中的¹³⁴Cs有很强的吸附能力,从而减少萍对水体中Cs的吸收量;在适当的土水比下,底泥能有效地去除水体中的¹³⁴Cs;钾离子能抑制萍对¹³⁴Cs的吸收.     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

辽东湾地区~(137)Cs大气沉降研究

利用137Cs示踪技术的前提条件是了解137Cs的大气沉降历史,从而准确求算区域环境中137Cs的背景值.本文利用日本秋田、东京及新泻地区137Cs年沉降数据,并结合相应的降水数据进行修正,对辽东湾地区137Cs的大气沉降进行了定量研究.结果表明,辽东湾地区137Cs的大气沉降趋势与北半球基本一致;1957—2008年辽东湾地区137Cs大气总沉降通量的模拟结果为1536 Bq·m-2(衰变校正至2009年),与该地区土壤中137Cs背景值较为接近;20世纪50年代末60年代初频繁的大气核试验和1986年的切尔诺贝利核事故是1963年和1986年两个137Cs沉降峰值产生的原因;1990年以后,沉降在地表的137Cs在风力侵蚀作用下,发生再悬浮,使得大气中137Cs沉降通量再次出现量级变化明显.福岛核事故产生的核素沉降对研究区的137Cs沉降通量的影响并不明显.     

Phosphorus speciation in the sediment profile of Lake Erhai, southwestern China: Fractionation and 31P NMR

The distribution characteristics of phosphorus(P) forms in the sediment profile of Lake Erhai,in southwestern China has been investigated by sequential extraction and 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR) of NaOH extracts to understand P dynamics and its potential contribution to lake eutrophication.Contents of P fractions varied in the order of NH4Cl extracted P(NH4ClP) < bicarbonate-dithionite extracted P(BD-P) < HCl-P,Residual-P < NaOH extracted P(NaOH-P).The highly available NH4Cl-P represented less than 1% of total P(TP).BD-P and NaOH extracted reactive P(NaOH-rP) averaged 39%,while the ratio of Fe/P was higher than 15,indicating low P release from the sediments under permanent oxic condition.The less bio-available HCl-P,NaOH extracted nonreactive P(NaOH-nrP) and residual-P contributed 61% of TP.Regression analysis revealed that BD-P,NaOH-rP and HCl-P were positively correlated with the contents of Fe and Mn,Al and Fe,and Ca,respectively.The investigation of P compound groups in NaOH extracts by 31 P NMR showed that ortho-P and monoester-P were the largest two constituents of the P pool,followed by diester-P,phosphonate and pyro-P.A comparison of vertical variations of P groups in the sediment profile suggested that these compounds were involved in the P recycling to different extents in Lake Erhai.In particular,the lake exhibits high potential for labile P release from the surface sediments,which should be taken into consideration even after the outsourced P runoff ceased.