韩江流域河水地球化学特征与硅酸盐岩风化——风化过程硫酸作用

流域岩石化学风化是全球碳循环的重要环节之一,硅酸盐岩风化过程消耗大气CO_2,是在地质时间尺度上调节大气CO_2浓度的重要机制。本工作在对我国东南花岗岩地区流经典型的硅酸盐岩地质背景河流——韩江流域河流水化学组成研究的基础上,分析和定量计算了河流水体主要物质来源,并对硫酸参与岩石风化和碳循环过程的作用进行了分析,进而对韩江流域岩石风化速率及其大气CO_2消耗通量进行了估算。结果表明,韩江流域河流主离子组成主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩风化,并计算得出约41%的硫酸根离子来自于大气降水;流域碳酸盐岩的风化速率为21.7 t/(km~2·a),硅酸盐岩为18.9 t/(km~2·a)。硫酸参与岩石风化提供的离子贡献占流域岩石风化提供总离子量的65.9%;流域风化带来的CO_2消耗速率被高估了约61%。     

乌江干支流河水中U元素的地球化学特征

本研究对乌江流域河水U浓度进行了测定,系统讨论了乌江流域干支流河水中U的元素地球化学特征,并对其主要来源进行了辨析。研究结果显示,乌江河水中溶解态U的平均浓度约为0.504μg/L,比世界河流平均水平0.186μg/L及长江平均含量0.45μg/L高,但是低于黄河U含量4.86μg/L,同时也低于世界平均海水U浓度3.3μg/L。来源分析显示,乌江河水中的U主要来源于碳酸盐岩风化,尤其是白云岩的风化,对U行为有决定性的控制作用,说明了在海洋沉积成岩过程中生物作用过程对U行为的重要性。蒸发岩和硅酸盐等的风化过程对乌江河水U的贡献不大。和十年前相比,人类活动对流域河水U的影响明显增加。     

镁同位素示踪大陆风化：进展与挑战

大陆风化制约着地表物质循环及其从陆地向湖泊/海洋的迁移,并通过消耗大气CO2调节不同时间尺度的全球碳循环和气候变化,因此如何有效示踪大陆风化是地球表生过程研究的重要科学问题之一。镁（Mg）无化合价变化,不涉及氧化还原作用,主要赋存于硅酸盐岩和碳酸盐岩中,并且在表生地质过程中Mg同位素通常会发生显著的同位素分馏,这些优势赋予Mg同位素体系具备示踪大陆风化的广阔潜力。随着质谱技术的不断提高,高精度Mg同位素分析技术经历了快速且成熟的发展,并在示踪大陆风化作用研究中得到了广泛的应用。然而,风化体系中Mg的来源和同位素分馏的制约要素争议颇多,尚未达成共识。本文从Mg的储库、风化壳、流域体系、室内实验和模型模拟等方面综述了目前Mg同位素示踪大陆风化的研究进展与存在的挑战。最后指出,在示踪大陆风化方面,Mg同位素提供了独特的视角,建议细化岩石/矿物溶解及形成实验、大小流域相结合、加强多同位素体系联用并相互补充与验证,以及加强计算模型模拟,以此来约束Mg同位素示踪大陆风化的不确定性。     

贵州清水江流域丰水期水化学特征及离子来源分析

对清水江流域丰水期河水离子浓度及组成特征分析表明,流域水化学组成以Ca2+、HCO-3离子为主,其次为Mg2+、SO2-4;TDS均值213.96 mg·L-1,高于世界流域均值.根据海盐校正分析得出,研究区大气降水中海盐输入对流域水化学的贡献率为2.23%,低于世界河流均值3%.Gibbs图结合离子比值分析表明,流域水化学主要受碳酸盐岩风化影响,越往下游硅酸盐岩化学风化贡献越明显,碳酸和硫酸同时参与了流域岩石风化过程.离子来源分析表明,Ca2+、Mg2+、HCO-3离子主要来自于白云石、方解石等碳酸盐岩风化溶解,Na+、K+、Cl-主要来源于硅酸盐岩风化;SO2-4和NO-3主要来源于大气酸沉降和城镇废水输入.人为活动影响分析表明上游工矿企业活动对清水江流域水化学影响明显.     

解密：水文主导河流和海水Li同位素变化

<正>晚新生代以来全球气候变冷到底是受“气候反馈”还是“构造抬升”控制一直是地球科学研究的前沿热点之一,存在不同观点和激烈争论,大量论文发表在Nature和Science上(Molnar and England,1990;Raymo and Ruddiman,1992;Willenbring and von Blanckenburg,2010;Caves Rugenstein et al,2019)。其争论的根源在于：到底是什么机制主导着硅酸盐岩风化,进而调控着大气CO₂浓度的变化？Misra and Froelich(2012)在Science发表了68 Ma以来海水Li同位素(δ7Li)的变化曲线,     

青藏高原尼洋河流域化学风化的季节变化特征和影响因素

流域风化是理解大陆岩石化学风化对全球气候变化的反馈机制的重要途径,目前的研究集中在大河流域,小流域特别是高寒地区流域化学风化的影响因素尚不确定。本文选择岩性相对单一、人为活动干扰少的青藏高原尼洋河流域为研究对象,开展一个水文年的采样分析,阐明高寒地区流域岩石化学风化的季节变化特征及其影响因素。研究结果显示：尼洋河河水离子主要来源于碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化,对河水中阳离子贡献量分别达到60%和29%,风化速率分别为0.20—19.00 t?km^?2?month^?1和0.09—0.80 t?km^?2?month^?1,年平均值分别为11.90 t?km^?2?a^?1和4.38 t?km^?2?a^?1。在一个水文年内,碳酸盐岩风化明显受到季节变化的影响,而硅酸盐岩风化对季节变化的响应不明显,总体表现为雨季风化速率增加,旱季风化速率降低。地表径流是控制尼洋河流域化学风化的重要因素,径流增大,促进碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,但岩石的溶解动力特征会限制径流对风化速率的促进作用。碳酸盐岩溶解速率大,径流增大能持续有效促进碳酸盐岩风化;而硅酸盐岩溶解速率小,随着径流量增大,风化速率增速降低。温度升高能有效促进尼洋河流域的岩石风化,提高岩石矿物的溶解速率。温度也能通过影响径流变化,间接影响流域的风化。位于高寒地区的尼洋河流域气候因素之间相互影响,也影响着物理风化和化学风化。为此,在高寒地区流域展开监测周期更长、采样密度更高的工作,将有助于更好地理解气候因素对风化作用的影响规律。     

马莲河流域化学风化的季节变化和影响因素

为查明黄土高原马莲河流域不同季节河水化学的变化特征、来源及主要控制因子,2016年1~12月在流域下游雨落坪水文站采集时间序列水样40组,分析了主要离子组成并计算了化学风化速率.结果表明,河水总溶解固体(TDS)均值1 154.0 mg·L~(-1),远高于长江、黄河和珠江.阳离子以Na+为主,均值202.8 mg·L~(-1),其次为Ca~(2+)和Mg~(2+),阴离子以SO_4~(2-)为主,均值431.2 mg·L~(-1).主要离子质量浓度的季节变化明显,总体规律是雨季前降低,雨季后增高,在融冰期和暴雨期分别突增和骤降.离子来源主要为岩石化学风化,蒸发岩、硅酸盐和碳酸盐贡献比例均值分别为67.1%、13.7%和19.2%.矿物含量和风化速率的不同决定了各风化作用对气候变化的差异响应:蒸发岩因其高风化速率对季风气候响应积极,雨季风化作用增强;雨季前期河水流量低,较长的水岩作用时间有利于硅酸盐风化进行;碳酸盐风化作用在雨季晚期和后期明显增强,可能因其在黄土中含量较高,雨季后降雨吸收了更多的土壤CO_2形成H2CO3增进了碳酸盐的溶解.蒸发岩、碳酸盐风化速率和流量显著正相关,流量是控制流域化学风化的主要因素.     

清水江流域岩石风化特征及其碳汇效应

岩石风化产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,文中对清水江流域主要离子组成进行分析测定,通过主成分分析、化学物质平衡法和扣除法估算流域岩石风化速率及对大气CO_2的消耗量.结果表明,流域河水溶质主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化,并以碳酸盐岩风化为主.碳酸盐、硅酸盐、大气CO_2对河水溶质的贡献率分别为58.28%、17.38%、17.74%.流域岩石化学风化速率为109.97 t·(km~2·a)~(-1),与乌江接近,高于全球流域均值.流域岩石风化对大气CO_2的消耗通量为7.25×10~5mol·(km~2·a)~(-1),岩石风化对大气CO_2的消耗量为12.45×10~9mol·a~(-1),其中,碳酸盐岩风化消耗量占63.13%,为7.86×10~9mol·a~(-1),硅酸盐岩风化消耗量占36.87%,为4.59×10~9mol·a~(-1).SO_4~(2-)、F~-、NO_3~-的相关分析及空间分布特征表明,人为活动对清水江流域河水溶质的影响不容忽视,其贡献率为4.87%.     

湿热流域化学风化与水化学组成季节变化——以西枝江流域为例

为研究湿热中小流域岩石化学风化与化学径流组成的关系，选取硅酸盐岩为主的东江一级支流西枝江流域，分别于2011年1月和7月采集干流和支流水样品并测量其化学组成，运用图解法和正演模型对西枝江流域水化学组成进行分析和定量计算。结果表明，Na⁺和HCO₃^-为西枝江流域水体的主要阳离子和阴离子，两者分别占总阳离子和总阴离子的55%以上。硅酸盐矿物的化学风化对水体阳离子的贡献最大（45.8%），其次是人类活动和碳酸盐矿物风化的贡献（分别是24.7%和22.0%），大气输入对阳离子的贡献相对较少（7.5%）。受碳酸盐矿物风化和人类活动影响较大的支流水化学组成季节变化较大，受硅酸盐矿物化学风化影响的河流水化学组成季节变化不明显。西枝江流域硅酸盐矿物和碳酸盐矿物化学风化速率分别是8.27和56.95 t/（km²·a），二者化学风化对大气CO₂的消耗速率分别为0.80×10⁵和8.52×10⁵ mol/（km²·a）。     

金伯利岩化学组成的X射线荧光光谱测定

<正> 金伯利岩的深地幔源和地球化学特殊性及其组成的广泛变化,使化学分析成为这种岩石研究工作的重要组成部分。近20年来,苏联对2000个以上金伯利岩样品的硅酸盐全分析,主要是用经典的“湿化学”法完成的。但这些方法(包括所谓快速法)的缺点是过于繁琐和费时。虽然对所用的方法作了改进,但在硅酸盐分析中试样的消耗量仍是很大的,特别是考虑到在许多情况下必须从金伯利岩的角砾中手选标本。正如不久前发表的关于金伯利岩成分的报道所表明的那     

水岩作用的地球化学动力学

水岩作用是一种基本的地球化学作用。它的发生是以热液、地下水和岩石之间存在的化学或同位素的不平衡为前提的。因此,它是开放体系中的一种非平衡的地球化学过程。水岩作用研究的一个关键理论问题就是阐明整个过程的化学动力学效应。目前,在水岩作用的研究中所建立的地球化学动力学理论主要和水-硅酸盐体系有关,涉及化学和同位素这两个方面。前者重点解释水硅酸盐体系中由于化学不平衡所造成的溶解过程,其反应机理主要和表面作用有关;后者则处理主要由于同位素不平衡所引起的表面反应交换及扩散交换。在发生同位素交换的过程中,未必伴随有通常所讲的化学蚀变和交代。在讨论水岩作用时,水岩比是一个重要的特征参数。     

稳定同位素的动力学分馏——2.固体矿物-流体间的同位素动力学分馏

<正> 在地球化学研究中,由固相矿物和流体(特别是含水流体)组成的体系具有特别重要意义。岩浆热液过程、沉积过程以及风化过程都与固相矿物-含水流体体系有关。虽然目前已发表了一些关于重要造岩矿物与水之间的同位素平衡分馏方程,但有关它们的同位素动力学分馏性质的研究工作却做得不多,这主要     

塔里木河流域出山径流水化学特征研究

本文以区域地质为背景,对塔里木河流域山区径流水化学组分特征进行分析,探讨溶质的来源及其控制因素.结果表明：塔里木河流域出山径流水体以硅酸盐岩的碳酸化溶滤水为主,离子类型为HCO₃^--Ca²⁺型,其次为SO₄^2--（Ca²⁺+Mg²⁺）混合型.南缘昆仑山/帕米尔高原各子流域的出山径流中,TDS （溶解性总固体）和离子总量的加权平均值（权重为径流量）分别为424.02和356.20 mg/L,远高于北缘天山出山的相应值（268.43和220.04mg/L）,这是因为天山山区分布大量的岩浆岩,抑制了区域水化学侵蚀强度.运用吉布斯图及因子分析等方法,确定出山径流的水质主要受硅酸盐岩的碳酸化作用控制,其中南缘昆仑山/帕米尔高原水系不仅伴有蒸发盐岩风化,还与天山阿克苏河水系一样,伴有碳酸盐岩风化.风化过程中,硫化物氧化产生的H⁺抑制了碳酸化风化,一定程度上限制了大气CO₂消耗,尤其是在有煤层、铜矿等硫化物分布的迪那河、喀拉玉儿滚河和喀什葛河流域.塔里木河流域出山径流中除了F^-和NO₃^-外,其他离子和总离子浓度均与冰川覆盖率和融水占径流比例之间存在良好的相关性.总离子浓度与冰川覆盖率之间建立的指数拟合方程,符合我国西北干旱区出山水质的特点,但受自然与人为因素的制约,与全球尺度拟合的方程存在一定差异.     

英云闪长岩-奥长花岗岩类及其构造特征

英云闪长岩-奥长花岗岩类岩石具有独特的成分和产状,是地球上最古老的岩类之一,它的出现标志着地球的演化进入了一个新阶段。因此,研究该岩类,对于弄清地球的发展史,尤其是太古代的地质状况是很有必要的。本文对该岩类作了简要的全面综述。     

白洋淀流域地表水化学特征及控制因素

为探究半干旱区地表水化学特征及物质来源,以白洋淀流域为研究对象,利用Piper三线图和Gibbs水岩模型,对地表水的主要离子组成特征及其来源进行分析。结果表明:白洋淀流域地表水pH为7.56~8.23时,呈弱碱性,且溶解性总固体（TDS,100~650 mg/L）在流域的不同空间区域表现为淀区 > 下游 > 上游。白洋淀流域地表水阳离子以Na+和Ca2+为主,离子总量占比76.60%;阴离子以HCO₃-为主,约占阴离子总量61.52%。地表水的水化学类型为HCO₃-Ca型（上游水体）和HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca型（下游河流和淀区）。白洋淀水文地球化学过程受到人类活动和自然作用的双重控制;自然作用下,白洋淀流域地表水中的离子来源于岩石风化（碳酸盐岩及硅酸盐岩的风化溶解）,同时受到蒸发-结晶作用影响。     

我国北方小流域硫酸参与碳酸盐矿物化学风化过程研究

硫酸参与碳酸盐岩的风化机制及与区域碳循环的关系是全球气候变化研究的重要课题.选择我国北方小流域(沁河)为研究对象,结合水化学及溶解性无机碳碳同位素组成,通过化学计算法,分析了河水溶解性组分的来源及混入比例,验证了硫酸参与区域碳酸盐的风化过程.结果表明:河水阳离子以Ca2+和Mg2+为主,阴离子以HCO-3和SO2-4为主;沁河流域碳酸盐岩风化、大气输入及蒸发盐溶解对河水阳离子贡献较大,平均比例分别为48.5%、35.3%和14.1%,硅酸盐风化和人为输入贡献比例较小,平均比例分别为1.7%和0.6%;沁河流域碳酸盐类、硅酸盐类及蒸发盐类风化速率分别为8.41、0.07和2.43 t·km-2·a-1,碳酸盐和硅酸盐矿物风化CO2消耗量分别为1.43×105mol·km-2·a-1和0.03×105mol·km-2·a-1;沁河流域硫酸参与碳酸盐风化产生的CO2净释放量为0.63×105mol·km-2·a-1,小于我国南方喀斯特地区CO2净释放量,可能与不同的气候条件及硫化物赋存条件和含量等有关.     

多元统计分析在寻求土壤特性与背景值关系中的应用

土壤背景值是指土壤环境中化学元素的自然含量,而土壤又是自然界长期作用的综合产物。在长期的风化成土过程中,受地质大循环和生物小循环的影响,土壤中微量元素含量几乎完全决定于成土母岩所经受的地球化学与土壤化学的风化过程,这种过程包     

黑色岩层的风化特征研究

黑色岩层是一种分布广泛且较为特殊的一类岩石 ,它的风化往往会加速各类岩石以及工程建筑物材料的风化与劣化过程。本文从矿物岩石学特征、黑色岩层风化的环境特征、黑色岩层中硫化物矿物氧化的地球化学过程以及硫化物矿物氧化形成的酸性条件下其它矿物的稳定性等方面对湘西地区黑色岩层的风化特征进行了分析 ,为进一步深入研究黑色岩层的风化过程及机理打下了基础。     

海南岛干季化学风化产物输出及其控制因素

根据2014年1月实测的海南岛昌化江径流化学组成,运用物质平衡法和相关分析法估算化学径流组成的来源和控制因素,探讨流域化学风化产物HCO_3~-和溶解性硅(DSi)的输出及生态环境意义。结果表明昌化江流域水体呈中偏弱碱性,化学径流组成阴离子以HCO_3~-为主,阳离子以Ca~(2+)、Na~+为主。其中,77.30%的离子源于流域内硅酸盐岩的化学风化,1.38%的离子来源于碳酸盐岩风化,大气沉降对化学径流的贡献为5.45%,人类活动对干、支流化学径流的贡献分别为15.90%与21.04%,差异显著(P0.01)。地貌条件、岩性及径流深度是影响流域化学径流组成的关键因素。昌化江流域干季输入南海的HCO_3~-和DSi量分别为2.12×10~8 mol、1.38×10~8 mol,是南海海洋生态系统初级生产力的主要物质来源之一,在南海生态系统物质循环预算中不可忽视。     

石灰土(碳酸盐岩风化壳)形成地球化学过程研究

以选自贵州遵义官坝、安顺天龙和贵阳龙洞堡三个剖面为例,运用ACNK和ACNKFM三角图解、元素对的协变特征及元素质量迁移系数,对石灰土形成的地球化学过程进行了详细讨论。结果显示:石灰土形成地球化学过程遵循碳酸盐岩风化成土之两阶段模式;官坝剖面的风化程度和过渡性具有碳酸盐岩风化成土初级阶段的特征,天龙和龙洞堡剖面与红色风化壳的基本特征相似,体现出所经历的风化作用过程或所处的阶段不同;龙洞堡剖面与天龙剖面的地球化学特征和演化过程存在一些不同,可能指示灰岩和白云岩风化壳的本质差异。