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铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化 强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色-红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化 还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧 富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。 相似文献
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韦恒叶 《沉积与特提斯地质》2012,32(2):76-88
海洋表层初级生产力大小以及水体氧化还原条件是古海洋和古气候研究的重要内容,而元素地球化学是研究初级生产力以及氧化还原条件最常用的手段。主量元素Fe和Si是限制生物的营养元素,痕量金属元素Cu、Ni和Zn是微营养元素,而营养条件是沉积生产力的限制因素,因此这些元素的含量能反映初级生产力大小。Ba和Mo是随有机质一起沉淀下来的,与水体的有机碳通量有关,也是古生产力大小的指标。对氧化还原敏感的痕量金属元素含量（如Cr、V和U）以及元素比值（如V/（V＋Ni）、V/Cr、Ni/Co、U/Th和V/Sc）常用来重构水体的氧化还原条件。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>氧化铁作为高活性矿物的重要内因是以变价元素铁构成的氧化铁循环过程活跃。土壤铁循环是一个特殊微生物驱动的生物地球化学过程,长期以来普遍认为,以氧化铁矿物为末端电子受体、铁还原菌通过氧化电子供体藕联的氧化铁异化还原过程[1],与以游离态Fe(II)为电子受体、铁氧化菌作用产生的Fe(II)微生物氧化成矿过程[2],组成了完整的铁循环链[3](图1过程I和II)。1980年底有研究发现,厌氧条件下游离态 相似文献
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C-N-S反应体系是地下水系统中氧化还原敏感组分循环和能量流动的关键系统,但它如何与Fe、Mn循环过程、相关功能微生物代谢路径耦合并控制氧化还原敏感组分的迁移转化却并不清楚。本文在对国内外相关文献进行归纳总结的基础上,把地下水中的氧化还原敏感组分分为氧化富集型和还原富集型,较为系统地梳理了地下水系统C、N、S循环驱动的典型氧化还原敏感组分(主要以U、Cr、Fe、As为例)迁移转化过程,指出了该领域的主要研究热点,包括C-N反应体系中典型氧化还原敏感组分的迁移转化、C-S反应体系中还原富集型组分活化和氧化富集型组分固定机理、典型氧化还原敏感组分之间的相互作用、微生物作用下典型氧化还原敏感组分的转化和富集等,并提出基于代谢路径的C-N-S反应体系及其驱动下地下水典型氧化还原敏感组分转化过程和富集机理,将成为本领域的发展趋势。 相似文献
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海洋沉积物中由微生物硫酸盐还原作用(MSR)驱动的碳、硫耦合作用及甲烷消耗，是影响全球碳、硫循环和气候变化的关键生物地球化学过程。准确认识微生物硫酸盐还原代谢过程及其环境影响因子，是探究MSR驱动的碳、硫循环及生态环境效应的重要基础。沉积物孔隙水中硫酸盐的硫、氧同位素组成是揭示MSR过程及其驱动的硫循环的重要方法。本文从细胞内代谢途径和胞外硫循环过程角度，厘清影响孔隙水硫酸盐硫、氧同位素组成的硫的生物地球化学过程，阐述其在示踪有机质驱动和甲烷驱动的硫酸盐还原过程类型及“隐秘”硫循环的意义，为探究微生物硫酸盐还原作用在地球表层环境演化中的作用提供新启示。 相似文献
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地质微生物是沉积环境中铁、锰氧化还原循环的主要驱动因子,铁锰共存环境中二价铁氧化对不同铁、锰循环功能微生物活性的影响差异和机制尚不清楚.以铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1、铁氧化菌Pseudogulbenkiania sp.strain 2002、锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1和Leptothrix discophora SS-1作为代表性的铁、锰循环功能微生物,利用平板计数、荧光显微镜等手段探究了Fe(II)氧化对功能微生物活性的影响差异及机制.结果表明0.05 mM Fe2+氧化60 min可使MR-1和MnB1的活菌数量降低4~5个数量级,SS-1及S.2002无显著失活.Fe(II)氧化产生的吸附态。OH和胞内。OH是细菌失活的主要原因,胞外H2O2、胞外游离态。OH和三价铁氧化物是细菌失活的次要原因,SS-1及S.2002产生了氧化应激反应,成功抵御了活性氧化物种. 相似文献
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随着海洋环境介质铁同位素测试技术的发展,特别是海水和沉积物中不同铁赋存形式的同位素组成研究备受重视,铁同位素已经展现出对各类生物地球化学过程的崭新的示踪作用。本文在不同铁价态和赋存形式之间转化的专属分馏机制框架总结基础上,汇总了现代海洋环境中大气沉降、陆源径流、沉积物、地下水和海底热液等不同来源的铁同位素特征范围,探讨了海洋内部铁循环的生物地球化学过程,包括生物吸收、颗粒态/溶解态铁的转化以及清除作用的铁同位素分馏机制,辨析海水剖面在不同层位上铁同位素组成的主导控制因素。另外,应用溯源混合模型甄别大西洋、太平洋和南大洋等多个海域铁来源,以此验证了全球气候变化与海陆多个物理化学过程的密切关系;利用不同结晶度和反应活度的矿物铁同位素数据可示踪早期成岩过程中铁还原的深度和程度,亦有助于辨析古海洋沉积物的铁同位素数据并提高古氧化还原环境的重建精度。 相似文献
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在地表环境中,铁氧化物矿物可以作为微生物胞外呼吸的终端电子受体/供体、电子储存介质或种间电子传递介质促进环境微生物的新陈代谢。本文介绍了矿物-微生物直接界面电子转移方式中,铁氧化物矿物与组成微生物跨膜电子传输链的细胞色素蛋白之间的氧化-还原反应机制及其影响因素,从分子水平刻画了微生物利用矿物进行胞外呼吸的过程,有助于深入理解微生物驱动的矿物转化和元素地球化学循环。 相似文献
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硫酸盐还原菌是厌氧环境中参与砷形态转化的重要微生物种群,其介导的生物地球化学循环过程对铁氧化物表面吸附态砷迁移转化的影响亟待深入研究.选取江汉平原典型高砷含水层原位沉积物分离纯化出一株严格厌氧硫酸盐还原菌Desulfovibrio JH-S1,对其进行砷和铁还原能力鉴定,并通过模拟培养实验探究硫酸盐还原菌参与下的铁矿物相转化对吸附态砷迁移的影响.Desulfovibrio JH-S1具有Fe(III)还原能力,无硫和有硫体系中Fe(III)均能被还原,但在硫酸盐充足条件下铁还原量显著增加;该菌株不具备As(V)还原能力,但添加硫酸盐的培养体系中As(V)去除率可达96%以上.Desulfovibrio JH-S1能够还原硫酸盐从而促进载砷的水铁矿还原转化为纤铁矿,并导致吸附的砷释放.江汉平原高砷含水层土著硫酸盐还原菌兼具硫酸盐/铁还原功能,参与了高砷含水层系统中砷-铁-硫耦合循环,对高砷地下水的形成具有重要作用. 相似文献
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Iron is the fourth most abundant element in the earth's crust, and it often appears as a trace element in the ocean. Iron has a variable valence and diverse functions, and is an important force to regulate marine primary productivity and drive the geochemical cycle in the ocean. Previous studies have shown that iron plays an important role in maintaining primary productivity, coupling matter cycles, and regulating the transformation of biogenic factors. In recent years, with the development of microbial ecology, iron research has enter more in-depth levels, including microbial-driven iron oxidation-reduction behavior, metabolic processes, and interactions with other major elements(C/N/P). This paper attempts to review the latest progress of iron, focusing on the published literatures of the past fifteen years. Firstly, we explained the sources and occurrence states of iron in the ocean (such as dissolved, colloidal, granular and organic state); Secondly, we reviewed the types and process mechanisms of microbial-mediated iron redoxbehavior (for example nitrate oxidation, and biological reduction, etc.); Finally, we summarized the coupling relationship between iron and C/N/P cycle. Additionally, the ecological roles of iron in specific ecological event (for instance algal bloom) has also been described. Furthermore, the "chemical-biological-physical" theoretical framework for marine iron research is also discussed. The purpose of this paper is to provide more information for marine microecological research and their effects on iron cycle under changing environment, such as global change. 相似文献
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铁元素对海相沉积物早期成岩作用的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
铁元素是地壳中丰度最高的元素之一,在海相沉积物成岩过程中起着非常重要的作用.铁元素作为海洋初级生产力的微营养元素,影响海相沉积物中有机质的输入,其在早期成岩阶段与硫化物和磷元素的耦合关系,可以促进或者降低有机质的保存;铁元素在海相沉积物早期成岩过程中可以改变孔隙水的化学性质,影响亚稳定碳酸盐矿物的保存,导致碳酸盐沉积物... 相似文献
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具有生物活性的元素Fe被认为限制了海洋生物生产力,其在海洋生态系统中的生物地球化学循环对全球碳循环起到调节作用,全球40％～50％的海洋因“高叶绿素低营养盐”(HNLC)“缺Fe”而初级生产力较低.然而,关于生物活性元素Fe的研究不仅涉及海洋科学,还与大气科学、环境科学、地球科学等学科紧密联系.近些年,围绕生物活性元素“Fe”开展的研究不仅是地球科学领域的前沿问题,还是海洋学家与环境学家共同关注的热点问题.目前,尽管对于生物活性元素Fe的研究已取得很大的进展,但模型、室内实验及野外观测之间仍存在很大的挑战与不确定性.系统地总结了生物活性元素Fe最重要的自然来源方式,详细介绍了影响生物活性元素Fe溶解度的主要因素,最后,对将来的工作提出建议,为我国未来开展类似的研究提供参考. 相似文献
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We present a model of the global biogeochemical cycle of silicon (Si) that emphasizes its linkages to the carbon cycle and temperature. The Si cycle is a crucial part of global nutrient biogeochemistry regulating long-term atmospheric CO2 concentrations due to silicate mineral weathering reactions involving the uptake of atmospheric CO2 and production of riverine dissolved silica, cations and bicarbonate. In addition and importantly, the Si cycle is strongly coupled to the other nutrient cycles of N, P, and Fe; hence siliceous organisms represent a significant fraction of global primary productivity and biomass. Human perturbations involving land-use changes, burning of fossil fuel, and inorganic N and P fertilization have greatly altered the terrestrial Si cycle, changing the river discharge of Si and consequently impacting marine primary productivity primarily in coastal ocean waters. 相似文献
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海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。 相似文献
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元素铁因其在地球早期环境演化和在海洋初级生产力中的重要角色, 是目前全球变化与地球化学研究的热点.铁元素的相态分析, 对于深入了解其在环境中迁移、转化及生物的吸收利用, 都具有重要意义.回顾沉积物中铁的化学相态分析方法发展过程, 从早期的简单相态分析(degree of pyritization, DOP), 元素的顺序提取法(Tesser方法), 到Raiswell和Poulton等学者提出针对Fe元素特定的相态分析法等.重点介绍较为常用的三步提取法和其在表生地球化学研究中的应用; 结合目前国际上铁地球化学循环研究进展, 提出Fe的化学相态分析的改进建议. 相似文献
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GEOTRACES - An international study of the global marine biogeochemical cycles of trace elements and their isotopes 总被引：1，自引：0，他引：1
SCOR Working Group 《Chemie der Erde / Geochemistry》2007,67(2):85-131
Trace elements serve important roles as regulators of ocean processes including marine ecosystem dynamics and carbon cycling. The role of iron, for instance, is well known as a limiting micronutrient in the surface ocean. Several other trace elements also play crucial roles in ecosystem function and their supply therefore controls the structure, and possibly the productivity, of marine ecosystems. Understanding the biogeochemical cycling of these micronutrients requires knowledge of their diverse sources and sinks, as well as their transport and chemical form in the ocean.Much of what is known about past ocean conditions, and therefore about the processes driving global climate change, is derived from trace-element and isotope patterns recorded in marine deposits. Reading the geochemical information archived in marine sediments informs us about past changes in fundamental ocean conditions such as temperature, salinity, pH, carbon chemistry, ocean circulation and biological productivity. These records provide our principal source of information about the ocean's role in past climate change. Understanding this role offers unique insights into the future consequences of global change.The cycle of many trace elements and isotopes has been significantly impacted by human activity. Some of these are harmful to the natural and human environment due to their toxicity and/or radioactivity. Understanding the processes that control the transport and fate of these contaminants is an important aspect of protecting the ocean environment. Such understanding requires accurate knowledge of the natural biogeochemical cycling of these elements so that changes due to human activity can be put in context.Despite the recognised importance of understanding the geochemical cycles of trace elements and isotopes, limited knowledge of their sources and sinks in the ocean and the rates and mechanisms governing their internal cycling, constrains their application to illuminating the problems outlined above. Marine geochemists are poised to make significant progress in trace-element biogeochemistry. Advances in clean sampling protocols and analytical techniques provide unprecedented capability for high-density sampling and measurement of a wide range of trace elements and isotopes which can be combined with new modelling strategies that have evolved from the World Ocean Circulation Experiment (WOCE) and Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) programmes. A major new international research programme, GEOTRACES, has now been developed as a result of community input to study the global marine biogeochemical cycles of trace elements and their isotopes. Here, we describe this programme and its rationale. 相似文献
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Research Advance of Changing Biogenic Substance Cycling in River Systems by Damming* 总被引：1，自引：0，他引：1
River damming transforms allotropic natural rivers into autotrophic 'impound river' (referred to "reservoir"), which changes the processes of river biogenic substance cycle and the matter properties as well as export flux from land to ocean, thus becoming one of the key problems of element biogeochemical cycle. Due to the different behavior of biogenic substances (C, N, P, Si) in biological processes, biogenic substances cycle efficiency is different, in turns, Silicon (Si)>Organic Carbon (OC)>Phosphorus (P). The migration and transformation processes of C and Si are significantly affected by phytoplankton and water retention time. Nitrogen (N) and P are mainly affected by water pH, temperature, Dissolved Oxygen (DO) and retention time. The retention efficiency of biogenic substances is shown as N>C>P>Si at the global scale. Besides, the sedimentation and burial processes of reservoirs constitute the net sink of OC in rivers. River damming alters the stoichiometric characteristics of water elements, nutrient constraints, aquatic communities composition and the coupling effect of C/N/P/Si. The stable isotopic compositions of C, N and Si can effectively trace the source, migration and transformation of biogenic matter. A combination of elements stoichiometric characteristics and stable isotopic composition could effectively indicate the change of source materials in reservoirs. With the increasing demand for clean energy, the intensity of river damming and reservoir construction will increase. Thus, a series of scientific problems including changing law of biogenic substance migration and transformation dynamic, as well as accumulation effect of ecological environment in watershed systems by river cascade damming, should need to be concerned in the biogeochemistry cycle study. 相似文献
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Fe是海洋“生物泵”中限制浮游生物生长和控制海洋初级生产力的主要因素之一,也可间接影响大气中CO2含量,反馈于全球的气候变化。近年来基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC ICP MS)分析方法的改进及测试精度的提高,应用Fe同位素组成、变化及其分馏机制,为研究海水中Fe的主要来源以及示踪海洋环境中Fe的循环过程等,提供了一个有效地球化学指标,也对示踪地球不同演化阶段的海洋沉积环境变化具有指示意义。较为详细地介绍了海洋环境中不同储库的Fe同位素组成,洋中脊热液流体—玄武岩、海水—大洋玄武岩等水—岩反应影响Fe同位素分馏效应的主要因素及地球不同演化阶段古海洋沉积环境中的Fe同位素变化。认为海洋环境下Fe同位素可以产生较为明显的分馏作用,轻铁同位素具有更易活动、易迁移的特征,并进一步提出不同相态、不同矿物间Fe同位素分馏系数的确定等相关问题仍是今后Fe同位素研究的主要方向。 相似文献