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

As isotopic composition of boron of clay sediments record the important information of ancient environment, the researches of them have a great significance in expanding the application of boron isotope in ancient environment. However, the behavior of boron in carbonate sedimentary facies and clay mineral adsorbed phase haven’t been distinguished in previous researches on boron isotope of sediments. Whether the comprehensive information reflected by carbonate sedimentary facies and clay mineral adsorbed phase and the information reflected by them respectively is consistent will be questioned. Therefore, this application will design a kind of static adsorption experiment device to realize the experiment of incorporation of boron into inorganic calcium carbonate precipitation and adsorption of boron in clay minerals in the same mother solution synchronously. The research of comparing boron isotopic behavior in the process can provide scientific basis for whether we need extract boron respectively from sedimentary facies and adsorbed phase during the paleoclimate and paleoenvironment studies by using boron isotope of sediments.

粘土沉积物的硼同位素组成记录了重要的古环境信息，对粘土沉积物硼同位素的研究，为拓展硼同位素在古环境中的应用具有重要意义。然而，以往很多关于沉积物硼同位素的研究，对其中的碳酸盐沉积相硼和粘土矿物吸附相硼的行为未加区分，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。为此，本申请将设计一种碳酸盐沉积和粘土矿物吸附硼的静态吸附实验装置，拟实现在同一母液中同步进行无机碳酸钙沉积硼的掺入和粘土矿物吸附硼的实验。进行这些过程中硼同位素行为的比较研究，为在利用沉积物中硼同位素进行古气候和古环境研究时，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。

沉积物中碳酸盐和粘土矿物表现在对硼的行为上，与碳酸盐的共沉淀过程和粘土矿物的吸附作用均会带走水体里的硼，并会造成显著的硼同位素分馏。在这个过程中，10B优先进入固相，而硼同位素分馏的大小与碳酸盐形成以及粘土矿物吸附时共存母液的pH值有关。本项目设计一种碳酸盐沉积和粘土矿物吸附硼的实验装置，实现在同一母液中进行无机碳酸钙沉积和粘土矿物吸附硼的实验，进行粘土沉积物中沉积相和吸附相硼同位素行为的比较研究，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。.主要研究了粘土沉积物样品制备中存在的问题，为沉积物中硼同位素测定建立一种新的三次离子交换树脂柱法进行样品的前处理。同时也研究了在同一母液中同步进行不同母液pH值条件下的无机碳酸盐沉积和粘土矿物吸附过程中硼的掺入和吸附的实验，研究这些过程中的硼的分配和同位素分馏特征。主要得出了以下结论：（1）采用新三次离子交换法进行天然粘土沉积物样品制备测定硼同位素，能够减少第一步离子交换中AG 50W×8阳离子树脂的使用量，而且能使硼的回收率达到90%以上，不产生明显的硼同位素分馏，对拓展硼同位素在古环境研究中的应用具有重要意义。（2）改变不同参数，在同一母液中进行粘土矿物吸附和碳酸钙沉积实验是可行的，在这个过程中能获得纯净的无机碳酸盐沉积相硼。（3）粘土矿物会是无机碳酸盐沉积相和吸附相的混合物，与纯净的无机碳酸盐沉积相比较，测定的硼浓度存在显著差异，沉积相和吸附相硼同位素组成变化不大。粘土矿物和无机碳酸钙的Delta11B值均随溶液pH的增加而增加，蒙脱石的Delta11B由pH6.8时的-29.20 ‰增加到pH8.5时的-24.31 ‰；粘土矿物混合物的Delta11B值由pH6.8时的-27.64 ‰增加到pH8.5时的-26.45 ‰；碳酸钙的Delta11B值由pH6.8时的-30.95‰增加到pH8.5时的-23.16‰。表明沉积相和吸附相硼所反映的古气候和古环境信息基本是一致的，因此在利用沉积物中硼同位素进行古气候和古环境研究时不需要进行沉积相硼和吸附相硼的单独提取。

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