沉积物中碳酸盐沉积相和粘土矿物吸附相硼同位素行为的比较研究

发布时间：2020-11-01 09:52

　　 海洋沉积物中粘土矿物和碳酸盐的硼的含量和同位素组成的研究为阐明硼在海洋环境中的地球化学循环奠定了基础。但目前的研究方法在进行实际沉积物样品研究时很难将两者区分开,这种由碳酸盐沉积相硼和粘土矿物吸附相硼所反映的综合信息与它们各自所反映的信息是否一致将受到质疑。为确定粘土矿物和碳酸钙中硼信息是否一致,本文在同一母液中同时进行了相互独立的无机碳酸钙沉积和粘土矿物吸附实验,比较了两者之间的差异,同时探究了母液硼浓度、温度和pH值对硼掺入碳酸钙和粘土矿物行为的影响。通过酸溶法提取粘土矿物和碳酸钙中的硼,并用硼特效树脂以及阴阳离子混合树脂进行硼的分离、纯化,用Triton热电离固体同位素质谱仪进行硼同位素组成测定。硼浓度实验结果表明,粘土矿物和碳酸钙硼含量均随母液硼浓度增加而增加,当母液硼浓度由21.82ppm增加到148.84ppm时,粘土矿物混合物硼含量由20.14ppm增加到107.91ppm,而碳酸钙硼含量则由115.76ppm增加到510.77ppm。同一硼浓度母液中,碳酸钙硼含量明显高于粘土矿物,碳酸钙的硼含量约为粘土矿物的5倍。粘土矿物和碳酸钙的硼同位素组成均不随母液硼浓度改变而改变,但碳酸钙硼同位素组成(-27.08～-27.99)要明显高于粘土矿物混合物(-35.00～-35.47),表明掺入碳酸钙中的B(OH)3分数大于粘土矿物。温度实验结果表明,碳酸钙的硼含量随母液温度升高而降低,当母液温度由10℃增加到33℃时,碳酸钙硼含量由54.75ppm降低到40.09ppm。而母液温度对粘土矿物的硼含量影响则很小,粘土矿物混合物的硼含量变化范围为10.69ppm～12.36ppm。同一温度母液中,碳酸钙硼含量明显高于粘土矿物。碳酸钙的硼同位素组成随母液温度升高而降低,由10℃的-29.29降低到33℃的-31.38,表明高温会抑制B(OH)3掺入碳酸钙。粘土矿物的硼同位素组成则随温度升高而升高,粘土矿物混合物的硼同位素组成由-34.36增加到-32.20,则可能是由于温度影响了母液中B(OH)3和B(OH)4-间的硼同位素分馏造成的。同一温度母液中,碳酸钙的硼同位素组成高于粘土矿物,表明掺入碳酸钙中的B(OH)3分数大于粘土矿物。pH值实验结果表明,粘土矿物和碳酸钙硼含量均随母液pH增加而增加,但碳酸钙硼含量(15.96ppm～104.76ppm)增量明显高于粘土矿物混合物(16.61ppm～35.60ppm)。粘土矿物和碳酸钙的硼同位素组成均随母液pH增加而增加,尽管两者差距并不明显,但碳酸钙的硼同位素组成(-30.67～-23.80)依然高于粘土矿物混合物(-32.35～-25.26)。由此可见,粘土矿物吸附相与碳酸钙沉积相中的硼行为存在差异,它们的综合硼信息不能反映真实的环境信息。本研究结果为在利用沉积物中硼同位素进行古气候和古环境研究是否需要进行沉积相硼和吸附相硼的分别提取提供科学依据。
【学位单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P736.4
【部分图文】：

图１－１粘土矿物晶格的两种基本结构单元和结构层??（ａ＞硅氣四面体及其四面体层；（ｂ＞铝氫氧八面体及其八面体层Ｗ??Ｆｉｇｕｒｅ?１－?ｌＴｗｏ?ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｕｎｉｔｓ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｌａｙｅｒｓ?ｏｆ?ｃｌａｙ?ｍｉｎｅｒａｌ?ｌａｔｔｉｃｅｓ??（ａ）?Ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｘｙ?ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ?ｌａｙｅｒ；?（ｂ）?Ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ?ｏｃｔａｈｅｄｒｏｎ?ａｎｄ?ｉｔｓ?Ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?ｌａｙｅｒ??ｎＨ２０?（ｇ）?？?｜?｜??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图丨－２粘土矿物构造单元示意图??（ａ）蒙脱石；（ｂ）伊利石；（ｃ）高岭石１８１??Ｆｉｇｕｒｅ?ｌ－２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｅｃｔｏｎｉｃ?ｕｎｉｔ?ｏｆ?ｃｌａｙ?ｍｉｎｅｒａｌｓ??（ａ）Ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ?；?（ｂ）?Ｉｌｌｉｔｅ；?（ｃ）Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ??１．２．２粘土矿物在气候环境变化研究中的应用??现如今，粘土矿物的应用非常广泛，除了传统的矿物、建材等领域外，粘土矿物的研宂??

标准与技术研宂所（ＮＩＳＴ）提供的ＳＲＭ９５１?（硼酸），其推荐的ｎＢ／１ＧＢ比值为４．０４３６２?土??０．００１３７１＾。由于硼的两种同位素之间质量差异较大，而且化学性质比较活泼，因此在不同的??地质环境下，硼具有不同的同位素组成（见图１－３）?［５５】。因此，硼同位素可以作为一种示??踪剂用于解决一些地球、地质科学以及环境科学等方面的问题。海水是地表硼的主要汇集地，??其硼浓度约为４．５ｍｇ／Ｌ，?＜５＂Ｂ值为３９．５±１．０％〇，海水中硼主要以Ｂ（ＯＨ）３和Ｂ（ＯＨ）４－的形式存??在。在海洋中由于海洋沉积物优先吸附富集１（）Ｂ的Ｂ（ＯＨＶ，使得海洋中的硼存在较大的同位??素分馏，从而使海水具有较高的＜５＂Ｂ值。??Ｉ?中国黄土?丨??地面地热流体￣?｜??海底地热流体??—：?——??电气石??￣－＝＝Ｔ?花岗岩???１??三■?■?玄武岩??Ｔ?＿＿■■第四纪海洋碳疲＠??＝３＂＾现代海洋碳酸＾?｜??治）Ｔ：沉彳：丨心?—；??＿?＿?■?非海相蒸发硼酸盐??海相蒸发硼酸盐｜??中国盐湖??澳大利亚现代盐湖?＿一?????死海???雨水??＝＿＝??????地下水?＿??－一??海水￣＾??■?１１

??＾?调节池??？调节池?］??沉积池??图２－２实验装置原理简图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄｅｖｉｃｅ??２．３无镁人工海水配制与粘土矿物预处理??人工合成海水按照美国材料检验学会（ＡＳＴＭ）提供的美国国家标准“Ｓｔａｎｄａｒｄ?Ｐｒａｃｔｉｃｅ?ｆｏｒ??ｔｈｅ?Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｏｆＳｕｂｓｔｉｔｕｔｅ?Ｏｃｅａｎ?Ｗａｔｅｒ”（Ｄ１１４１）的方法进行配制丨ＩＭＵ?为了防止在高?ｐＨ?值??下形成Ｍｇ（ＯＨ）２沉淀而富集ｎＢｌ９７］，配制过程中不加镁盐。人工海水中的硼和钙的浓度大约??是天然海水的５倍，以便在样品中有足够数量的硼进行分析。无镁人工海水组成见表２－３。??将粘土矿物用１Ｍ的平衡后ＨＣ１浸泡，直到粘土矿物中几乎所有的硼都被去除千净（约??４８小时ｈ然后用去硼水（硼浓度小于０．４ｎｇ／ｍｌ）反复漂洗并在低温下千燥（６０±０．５°Ｃ）。??－１２－??
【参考文献】

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本文编号：2865369