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全球环境和气候的变化直接关系人类的生死存亡,其中CO2是影响全球变化的一个非常重要的因素。随着社会的发展和人类文明的进步,CO2浓度会越来越大,气候恶化的状况愈演愈烈。因此人类研究气候变化,改善人类的生存环境的任务就更加艰巨。
海洋是全球生态环境系统的一个重要组成部分,它是一个巨大的碳库,具有潜在缓冲大气CO2增加的能力。因此研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。
初级生产力是碳循环的一个至关重要的环节,因此控制初级生产力的因素会直接关系到全球气候变化。浮游植物初级生产力是海洋食物链的第一环节,研究表明:影响海洋浮游植物的重要因子包括光,温度和营养盐。但是对于营养盐的研究仅仅停留在N,P和Si等一些已知的营养盐上,而对同样控制浮游植物初级生产力的铁却研究的甚少,实际上,在海洋中,铁和N,P等主要营养盐一样,也是一种限制浮游植物初级生产力的重要因子。而且,铁通过影响浮游植物的初级生产力,进而影响到与大气交换的CO2的量。因为浮游植物只能吸收海水中的溶解态的铁,而参与其中的铁会通过生物地球化学作用最终停留在深海沉积物中。因此,找到一种准确测定深海沉积物中不同相态铁含量的方法很有必要,一方面,在海洋沉积物的早期成岩过程中,形成的单硫化铁矿物,由于铁硫化物的形成直接受控于海洋的氧化还原环境,所以,通过测定铁硫化物中全铁的含量,可以反映当时海底的氧化还原环境。另一方面,溶解态的铁又称为活性铁,活性铁经过一系列的生物地球化学过程,最后进入海洋沉积物中形成碳酸盐相中的铁和硫化物形态的铁,以前的研究一直认为海相碳酸盐中的铁在一定程度上可以反映古海洋的初级生产力,但是在海洋沉积物中由于还原细菌的存在,沉积物中的硫酸盐参与了有机物的降解反应,有机物被氧化的同时自身被还原为S2-,而S2-与海洋沉积物中的Fe2+有较强的亲和力,因此随即形成结晶形式的单硫化铁矿物,所以海洋沉积物中的活性铁应该是碳酸盐相中的铁和铁的硫化物两者的总和。通过与其它一些表征生产力指标的对比我们提出了用海洋沉积物中的活性铁作为一个指示海洋初级生产力的指标比碳酸盐相中的铁更加合适,并且认为活性铁可以在一定程度上表示海洋中的初级生产力。因此分别测定海海洋沉积物中的活性铁和铁硫化物中铁对揭示古海洋气候和古海洋环境有重大意义,可以为研究古海洋初级生产力和古海洋环境寻找新的指示指标。
本研究中我们提出一个利用次氯酸钠氧化铁硫化物,碱性磺基水杨酸提取并直接测定碳酸盐相中铁硫化物的方法。利用对碳酸盐没有溶解作用的碱性NaClO氧化样品中的硫化物,使铁形成氢氧化物胶体吸附在固体样品上,其后加入磺基水杨酸选择性地络合并溶解这部分铁,获得硫化物相铁,从而达到分离的目的,而分离后的残渣用于分析碳酸盐矿物中的铁。结果表明,30%的NaClO溶液浸泡样品40小时以上,可以完全释放铁硫化物并形成氢氧化铁胶体。0.1g/ml的碱性磺基水杨酸溶液则较容易地溶解新生成的氢氧化铁胶体,形成黄色的铁-磺基水杨酸络合物,可被分光光度法定量测定。
在方法的应用部分,我们可以看到将碳酸盐相铁和铁硫化物分离测定的实用性。通过对四川广元上寺二叠纪剖面碳酸盐岩中铁和铁的硫化物的分别测定,对二叠纪的古海洋生产力和古海洋环境进行了分析,发现了铁、生物和环境三者之间的关系,三者相互影响,将测量出的活性铁的含量与表征海洋初级生产力指标的活性磷和过剩铝对比发现,海洋沉积物中的活性铁能在一定程度上反映古海洋的初级生产力。此外将测定的铁硫化物中铁的含量与已知的表示海洋氧化还原指标的V/Cr对比发现,铁硫化物中的铁的含量在一定程度上可以指示古海洋的氧化还原环境。因此,铁不仅可以指示古海洋初级生产力,而且在一定程度上指示环境氧化还原情况,这样铁就和生物有着十分密切的关系,既决定了生物所生存的环境,又在控制初级生产力的过程中担当重要的作用。所以铁、环境和生物从某种意义上讲是一个有机的整体。
我们提出的这种方法十分适合地质样品中碳酸盐铁和硫化物铁的分离和测定。
它集选择性分离、富集和测定于一体,分析流程简单,结果可靠,方法具有以下特点:(1)开发了一种准确将碳酸盐相中的铁和铁的硫化物分离的方法,(2)该方法具有选择性分离的特点,碱性的磺基水杨酸溶液仅仅只溶解被NaClO氧化硫化物相,而对硅酸盐和铁的氧化物不起作用,因此可以达到将碳酸盐相和硫化物相分离的目的.(3)选择溶解和显色测定的有机统一,该实验操作将选择溶解和显色测定有机的统一,即溶解和显色同步进行,大大简化了实验步骤,优化了实验条件。方法的意义:开发了一种集富集、分离和测定碳酸盐相中铁和铁硫化物中铁于一体的方法,而活性铁和铁硫化物中铁可以在一定程度上表示古海洋生产力和海洋的氧化还原环境,采用一种合适的分离方法,将两者中的铁含量分别测定,对于古海洋生产力和海洋氧化还原环境的研究都有着重要的意义。