硫酸盐检测论文

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【摘 要】检验SO42-离子通常使用酸试剂和钡试剂，依据有无BaSO4白色沉淀产生作出判断。向待测液加入不同的酸试剂和钡试剂，对检验SO42-离子的效果会产生不同的影响；用稀盐酸和氯化钡溶液的常规检验方法对待测混合液的检验尚存在漏洞。检验SO42-离子的既简便可行、又科学严谨的做法，应根据待检液的酸碱性及其可能含有的不同干扰离子，选用适当的酸试剂和钡试剂，按照合理的操作顺序进行之。【关键词】SO42-离子；待检液；酸试剂；钡试剂；白色沉淀；干扰；检验方法 硫酸根离子的检验是藉化学实验培养学生思辨能力的重要素材。根据硫酸钡难溶于水且难溶于酸的特性，实验室检验某溶液是否存在硫酸根离子，通常使用酸试剂和钡试剂依次与待检液混合，观察后来溶液是否有白色沉淀产生的现象，从而判断待检液是否存在硫酸根离子。论文百事通新课改人教版高一化学教科书中指出：“在溶液中离解能产生SO42-的化合物与BaCl2溶液反应，生成不溶于稀盐酸的白色BaSO4（硫酸钡）沉淀。利用这一反应可以检验硫酸和可溶性硫酸盐”[1] ；原统编高一化学教科书中具体阐述 “硫酸根离子的检验”方法是：“先用盐酸把溶液酸化，以排除CO32-等可能造成的干扰。再加入BaCl2溶液，如果有白色沉淀出现，则说明原溶液中有SO42-存在”[2] 。不难理解，利用化学方法检验硫酸根离子的第一步：将待检液加入盐酸酸化，可以排除可能含有的CO32-、SO32-、PO43-或HPO42-、C2O42-、SiO32-、Ag+等离子的干扰。因为CO32-+2H+=CO2↑+H2O、SO32-+2H+=SO2↑+ H2O、PO43-+ 3H+=H3PO4、HPO42-+2H+= H3PO4(H3PO4和BaCl2在溶液中不反应)、C2O42-+2H+=H2C2O4(H2C2O4和BaCl2在溶液中不反应)、SiO32-+2H+= H2SiO3↓、Ag++Cl-=AgCl↓。第二步：向第一步所得溶液中滴加BaCl2溶液，若有(或无)白色沉淀产生，即有(或无)BaSO4生成，则可判断待检液是否含有SO42-离子。注意，这里的第一步若产生沉淀，应静置后取上层清液再做第二步。这便是检验SO42-离子在溶液中是否存在的常规方法。 由检验硫酸根离子的化学原理可以看出，其所用的试剂分为酸试剂和钡试剂两类。酸试剂除稀盐酸外是否可为稀硝酸等非硫酸的酸溶液？钡试剂除BaCl2外可否为Ba(NO3)2或Ba(OH)2等可溶性钡的化合物溶液？对这样的问题不能简单地作出结论。不过，对前一问题可以肯定回答的是不便用醋酸等非强酸溶液，否则不能排除C2O42-及SO32-等离子干扰。因为H2C2O4的Ka1=5.9×10-2、 Ka2=6.4×10-5；H2SO3的Ka1=1.3×10-2、Ka2=6.3×10-8；CH3COOH的Ka=1.8×10-5, [3]即HC2O4 ?C的电离程度比CH3COOH 的大；Ba(HSO3)2由于离子极化的原因通常不能存在。对后一问题可以肯定回答的是不便用(CH3COO)2Ba、BaI2等可溶性钡盐溶液，因为(CH3COO)2Ba、BaI2等不是实验室常备试剂。还可以肯定回答的是，两类试剂的配伍使用中，以常规方法的稀盐酸和BaCl2溶液的组合较好。因为这样可以最大限度地排除较多干扰离子，且试剂均为实验室易得的。至于能否使用稀HNO3和Ba(NO3)2或Ba(OH)2的溶液等有关问题，则应根据待检液可能存在的干扰离子的不同情况作具体分析，方可做出结论。1.如果第一步不用稀盐酸而用稀硝酸，则不能排除可能含有SO32-、HSO3-和Ag+等离子的干扰。因为SO32-或HSO3-的离子可被氧化成SO42-离子，且第二步用BaCl2溶液若产生白色沉淀也可能是AgCl。可见这样的试剂配伍只能在确知待检液不含SO32-或HSO3-和Ag+等离子的前提下才能使用。而在此前提下，第二步用将BaCl2溶液改为Ba(NO3)2溶液更为妥当，以免可能的Ag+离子干扰。2.如果第一步用稀盐酸酸化，第二步不用BaCl2溶液而用Ba(OH)2溶液，则不能排除PO43-或HPO42-、C2O42-和Mg2+等离子的干扰。因为第一步处理后的溶液中，可能含H3PO4、H2C2O4等，它们在第二步与Ba(OH)2溶液反应可转化为BaHPO4或Ba3(PO4)2及BaC2O4等白色沉淀，且可能含有的Mg2+离子在第二步可转化为Mg(OH)2白色沉淀，这些情况都不便对BaSO4的生成与否作出判断。3.如果将常规方法的两种试剂颠倒使用，即先滴加BaCl2溶液而后加足量稀盐酸，则当第一步操作无白色沉淀产生，可判断待检液不含SO42-离子，无需进行第二步操作。当第一步有白色沉淀产生，第二步白色沉淀完全溶解，也可断定待检液不含SO42-离子。若第一步产生的白色沉淀在第二步不溶解或不完全溶解，则无法断断待检液是否存在SO42-离子。因为所得沉淀不一定是BaSO4，也可能是AgCl或Hg2Cl2。可见这种做法只有在确知待检液不含Ag+和Hg22+的离子的前提下才能使用，而在此前提下只需第一步操作即可。4.如果将两步做法颠倒，且为避免Ag+等离子干扰，用Ba(NO3)2溶液和稀HNO3作试剂，则当第一步滴加Ba(NO3)2溶液时无白色沉淀产生，可直接判断待检液不含SO42-离子，无需进行第二步操作。当第一步有白色沉淀产生，则不能排除SO32-等离子的干扰。因为BaSO3可被氧化成BaSO4，尽管过程中可能有小气泡（SO2）产生，但难以观察，不便准确判断。可见这种做法只有在确知待检液中不含SO32-等离子的前提下才能使用，而在此前提下也只需第一步操作即可。5.如果将两步做法颠倒，第一步用Ba(OH)2溶液作试剂，第二步用稀盐酸作试剂，则当第一步无白色沉淀产生时，可直接判断待检液不含SO42-离子，无需第二步操作。但当第一步有白色沉淀产生，且在第二步不能完全溶解，则仍不便排除可能存在Ag+离子的干扰，因为所得沉淀可以是白色AgOH及其转化成的棕色Ag2O，Ag2O的棕色对BaSO4的白色有遮蔽作用，且溶于盐酸即转化为AgCl白色沉淀。可见这种做法只有在确知待检液不含Ag+（或Hg22+）离子的前提下才可使用。若为避免Ag+等离子干扰，而将第二步所用的稀盐酸换成稀HNO3，则又不能排除待检液可能含有的SO32-或HSO3-等离子的干扰。可见先用Ba(OH)2溶液，后加足量稀HNO3的做法，只有在确知待检液不含Ag+和SO32-及HSO3-等离子的前提下才能使用。论文百事通 6.如果先将两种试剂混合，再与待检液作试验，即用稀盐酸酸化的BaCI2溶液直接加入待检液，则不能排除可能含有的Ag+或SO32-、S2-与NO3-等离子共存时的干扰。此时若无白色沉淀产生，倒也可以判断SO42-离子不存在，但若有白色沉淀产生，则可能是AgCl，也可能是S2-被酸化形成的稀硝酸氧化而析出的S单质（新生态S在溶液中通常呈乳白色，淡黄色与白色难以分辨），且即使是BaSO4，也可能是SO32-离子被氧化成SO42-而造成的。所以这种做法只有在确知待检液不含NO3- 和Ag+等离子的前提下才可以使用。比较以上各种方法可以看出，原统编高一化学教科书（人教社2003年6月第1版）所阐述的常规方法不失为一般情况下检验溶液中是否含有SO42-离子的最佳方法。它适用于一切未知的纯净溶液或硫酸与硫酸盐的混合溶液中SO42-离子的检验。但是当待检液为混合液且呈碱性，若其中含NO3-和SO32-等离子而不含SO42-离子时，按此常规方法则将导致误判。因为第一步用稀盐酸酸化的过程中，SO32-离子可被氧化为SO42-离子，导致第二步产生BaSO4白色沉淀。可见这种常规方法对未知混合溶液的SO42-离子检验也存在漏洞。考虑到这种特殊情况，笔者认为，检验未知液（可能为纯净溶液，也可能为混合溶液）是否存在SO42-离子的严谨做法可以是：第一步检测待检液的酸碱性；当其为酸性（不会含SO32-，且HSO3-与NO3-不能共存）时，第二步加入稀盐酸进一步酸化，以排除可能的Ag+、Hg2+等离子干扰；第三步向第二步所得溶液中滴加BaCl2溶液，并观察有无白色沉淀产生，从而作出SO42-离子存在与否的判断。当第一步测得待检液为碱性（可能含SO32-、SiO32-和NO3-的离子，但不会含Ag+等离子）时，第二步滴加适量的稀盐酸，使溶液由碱性变为接近中性（通过再测试溶液的PH来指示），以排除可能含有SiO32-等离子的干扰（2H++SiO32-= H2SiO3↓）；第三步滴加Ba（OH）2或BaCl2的溶液，若不产生白色沉淀，可判断待检液不含SO42-离子；若产生白色沉淀，第四步将所得沉淀加入足量稀盐酸，若沉淀完全溶解，可判断待检液不含SO42-离子；若沉淀不溶解或不能完全溶解，可判断待检液含有SO42-离子。当第一步测得待检液为中性（特殊情况下可能同时含SO32-、HSO3-和NO3-等离子，但不会同时且含Ag+或SiO32-、S2-等离子，因为Ag+与SO32-、HSO3-的离子不共存，SiO32-、S2-的离子都只能存在于碱性溶液）时，第二步应滴加BaCl2溶液或Ba（OH）2溶液，若不产生白色沉淀，可判断待检液不含SO42-离子；若产生白色沉淀，第三步将所得沉淀加入足量稀盐酸，当沉淀完全溶解，可判断待检液不含SO42-离子；当沉淀不溶解或不能完全溶解，可判断待检液含有SO42-离子。实验证明，此做法是科学、可行的。综上所述，检验未知液是否存在SO42-离子的化学原理虽不复杂，但其实验方法相当讲究。由于待测液的成分往往含不确定离子，检验的影响因素众多，所以必须分析待检液的具体情况，考虑排除各种干扰离子，选择最佳试剂和合理步骤，才能做到既简便易行，又科学严谨。

材料专业毕业论文开题报告

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论文题目： 高聚物对水泥抗蚀性能的影响

1、国内外研究现状、水平及存在的问题：

随着建筑科技的进步与发展，一种新型化学建材正悄悄的却又以飞快的速度在中国建筑界得到应用和发展，这就是聚合物水泥基复合材料。聚合物水泥基复合材料通常按其化学构成大致分为两类，一类是以聚合物为基、水泥作为填充料组合成的，最常见的如目前大量应用于工程防水的“聚合物水泥防水涂料”;另一类是以水泥为基，以聚合物单体或数种聚合物对水泥进行改性而组合成的材料，如各种聚合物水泥混凝土及各种聚合物水泥砂浆等[1]。原则上讲，聚合物水泥是聚合物改性水泥，它保持了水泥水化物的一系列优点，并用聚合物的优点弥补了水泥制品的不足。因此，聚合物水泥显示出了较大的抗压、抗冲击、抗穿刺能力及耐磨性，优良的抗渗性、抗腐蚀性及抗老化性，适当的弹性模量，而不需要刻意追求高的断裂延伸率[2]。

1923 年克莱森(Cresson)首次申请了有关聚合物硬化水泥体系的专利。他把天然橡胶乳液作为填料加入道路路面建筑材料中。1924年，Lefebure申请了用天然橡胶乳液使水泥砂浆及水泥混凝土改性的专利，第一次提出了用聚合物对水泥砂浆及混凝土进行改性的概念。从此，拉开了混凝土中添加聚合物的历史性序幕。1932年，Band第一个提出了利用人造橡胶改性水泥砂浆及水泥混凝土，也获得了专利。20世纪40 年代，人们先后尝试了用合成聚合物乳胶改性，以及把聚乙烯乙酸酯也用于改性的方法。50年代，这一领域的研究与尝试开始受到各国材料界专家学者的重视，并获得了很多项研究成果，许多成果在工程上也都得到了广泛的应用。60-70年代， 人们开始研究用液态和固态的聚合物，诸如聚合物单体、树脂、聚合物乳胶粉等对水泥砂浆及水泥混凝土进行改性。80年代，各国都投入了大量的人力、物力、财力，对混凝土改性进行了研究，随着科研成果的不断出现，这一领域也得到了极大的推动，研究水平得到了极大的提升。美国是世界上聚合物水泥基复合材料研究开发的先行国家，最早于50年代就开始了对其进行实际应用的尝试。

由于我国在聚合物水泥基复合材料方面的研究起步比较晚，所以，至今还没有出台相关方面的行业标准与测试方法。多数学者认为聚合物水泥基材料的增强机理主要是由于剔除了粗骨料，降低了细集料的粒径，从而提高匀质性，使集料所得集配曲线为非连续性的;另外聚合物在水泥浆内部聚结成网络结构，起到了很好的阻裂增韧作用。近年来，人们逐渐开始从微观结构方面对聚合物改性水泥基材料进行研究，认为聚合物颗粒的分散和聚合物薄膜的形成是聚合物水泥改性的主要原因。研究认为聚合物从两方面影响了改性水泥浆的结构: (1)混合后一部分聚合物粒子吸附在水泥颗粒表面，形成薄膜;(2)另一部分聚合物分散在孔中的液相中，当自由水完全被水化和蒸发消耗掉后，聚合物在孔中形成薄膜[3]。此外，关于聚合物在改性水泥砂浆中的分布，目前还存在一些异议。 按照著名的Ohama[4] 模型，聚合物均匀分散在水相中，随着水泥水化，水分减少，聚合物逐渐凝聚成膜，因而聚合物主要存在于改性砂浆的孔隙中。 Su[5] 等对新拌改性水泥浆水相成分的分析表明，在拌合开始就有相当多的聚合物被吸附在水泥颗粒表面，他们还发现，拌合初期被吸附在水泥颗粒表面的聚合物的量与聚合物乳液种类和乳液掺量有关。 通过含氯聚合物改性砂浆的EDAX 分析表明，在聚合物改性砂浆中，水泥浆体与骨料之间的界面上聚合物的含量较高。 Ollit rault-Fichet 等的研究也说明，聚合物颗粒最初会被水泥颗粒吸附，并最终被包埋在水化水泥的颗粒之中[6]。

在实际工程中，硅酸盐水泥易在酸和酸盐溶液中遭受侵蚀是因为：(1)硅酸盐水泥中含有大量的氢氧化钙及高碱性的水化C-S-H 凝胶、水化铝酸钙等水化产物，酸溶液中的H+与Ca(OH)2发生中和反应，使水泥石碱度急剧降低，进而造成高碱性水化硅酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物分解，转变成低碱性水化产物，最后变成无胶结能力的SiO2·nH2O 及Al(OH)3等;(2)硫酸盐溶液中的硫酸根能和水泥石中的Ca(OH)2及水化铝酸钙等[7]发生化学反应，生成有膨胀性的石膏和钙矾石晶体，当这些结晶体在水泥石毛细孔隙中逐渐积累和长大，产生孔内应力，当应力大于临界破坏应力时，造成水泥试样破坏。由于水泥石本身也不密实，有很多毛细孔通道，使砂浆产生渗透性，使得水泥的使用性能下降。同时，侵蚀性介质容易进入其内部，以致由其配制的砂浆易受到腐蚀，导致水泥材料的耐久性下降。普通水泥砂浆不饱满、不密实，不能有效地形成具有防水抗渗作用的整体不透水层。它也存在抗压强度低、耐腐蚀能力不高等缺陷，其使用范围也受到了很大的局限。

而聚合物改性水泥由于聚合物及活性成分的掺入，改善了聚合物水泥砂浆的物理、力学及耐久性能，扩大了其应用范围。对水泥性能的改善主要体现在如下几个方面：

(1) 活性作用 聚合物乳液中有表面活性剂，能够起减水作用。同时对水泥颗粒有分散作用，改善砂浆和易性，降低用水量，从而减少了水泥的毛细孔等有害孔，提高砂浆的密实度和抗渗透能力。

(2) 桥键作用 聚合物分子中的活性基因与水泥水化中游离的Ca2+、Al3 + 、Fe2 + 等离子进行交换， 形成特殊的桥键，在水泥颗粒周围发生物理、化学吸附，成连续相，具有高度均一性，降低了整体的弹性模量，改善了水泥浆物理的组织结构及内部应力状态，使得承受变形能力增加，产生微隙的可能性大大减少。即使产生微裂隙，由于聚合物的桥键作用，也可限制裂缝的发展。

(3) 充填作用 聚合物乳液迅速凝结，形成坚韧、致密的薄膜，填充于水泥颗粒之间，与水泥水化产物形成连续相填充了孔隙，隔断了与外界联系的通道[8]。从而阻止了腐蚀性介质进入水泥石内部，提高了抗腐蚀和抗渗能力。

孙炎[9]曾研究冷混合沥青混凝土，用于道路工程;聚合物改性砂浆用于钢筋混凝土结构的永久模板，结果证明它们都可以更好地防止氯离子渗透和更好地抗碳化作用，从而提高钢筋混凝土结构的耐久性，掺加有硬沥青的钢桥面也具有更高的抗腐蚀性能[10]。鉴于此我们可以通过在水泥中掺杂沥青和石腊，来改善水泥的内部结构并填充其内部孔隙，从而提高水泥的抗蚀性，解决水泥抗蚀性较差的问题。

2、选题的目的、意义：

在我国，尤其是西部地区的盐碱地、盐湖区以及地下水中普遍存在着硫酸盐对水泥混凝土的侵蚀。在某些特种工业设施中，还存在有硫酸和硫酸盐的混合腐蚀以及H2S、CO2腐蚀等。从一些实例中我们可以看出，破坏水泥混凝土的主要原因一般都不是机械应力， 而是多种腐蚀或者是自身内部发生化学反应。这就引起了人们对水泥混凝土的耐久性能的讨论。因此，研究水泥的抗腐蚀性能不仅对建筑材料具有至关重要的作用，而且会对提高各种工程建筑的耐久性能有重大的经济价值和使用价值。关于聚合物对水泥砂浆改性的主要途径是在其中加入能起到改性作用的聚合物。从前人的研究中可看到，聚合物水泥基复合材料都显著高于普通混凝土的`力学性能，比如抗折强度、抗压强度、粘结强度等都得到了极大的提高。与普通硅酸盐材料相比，聚合物水泥基复合材料有着自身的优势见表1。

表1 聚合物水泥基复合材料与普通混凝土的比较 性能

材料 普通混凝土 PCC

W/C 0.4~0.6 0.1~0.16

断裂 1 50~60

冲击 5 80

密度 3.1~3.2 2.5

抗拉强度 0.2~0.4 2~3

抗折强度 5~7 150~200

抗压强度 40~50 200~300

此外，聚合物水泥基复合材料还具有良好的耐化学腐蚀、抗渗性、低温下的抗裂性等。这就使得聚合物改性水泥基复合材料在一定范围内部分取代了钢铁、高分子材料(像MDF 水泥基复合材料制作的唱片、轮胎都是具体的实例)[11]。它能提高水泥石的抗腐蚀能力主要是因为聚合物的添加提高了提高水泥石的密实度。混凝土结构正常情况下可以存在至少30年，但如果存在源于生物的硫酸腐蚀不过短短几年就会被破坏掉[12]。修复或完全取代这种腐蚀结构越来越有必要，但这种修复代价昂贵一直不能满足社会。然而通过沥青或石蜡对水泥进行改性，可大大提高水泥的抗蚀性，这无疑会节约了资源，减少了不必要的浪费，为社会积累更多的财富。

3、实施方案及主要研究手段：

3.1、实验方案

3.1.1、原材料的准备;

(1) 沥青粉的研制

制得分别过200目和300目筛的沥青粉，并适量添加矿物掺合料来减小沥青粉的粒度。

(2) 石蜡粉的研制

通过在石蜡中添加矿物掺合料来粉磨石蜡，并制得掺有石蜡的粉末。

3.1.2、正交实验

(1) 因素水平表

因素　水平　　用量(V%) 粒度(目) 温度(℃)

1 2(0.2) 100 100

2 4(0.4) 200 120

3 6(0.6) 300 150

(2) 根据正交表L9(34)列出以下几组实验：

序号　　用量(V%)　　粒度(目) 温度(℃)

指标

腐蚀前 抗压强度

(MPa) 抗Na2SO4腐蚀强度 (MPa) 抗Na2CO3腐蚀强度(MPa)

1 2(0.2) 100 100 2

2(0.2)

200

120

6

3 2(0.2) 300 150 4 4(0.4) 100 120 5 4(0.4) 200 150 6 4(0.4) 300 100 7 6(0.6) 100 150 8 6(0.6) 200 100 9

6(0.6)

300

120

注：括号内为石蜡的用量

3.1.3、以硅酸盐水泥为基体，按以上正交方案分别掺加沥青、石蜡成型,每种高聚物与水泥的复合分别作空白样，3天强度测试样，腐蚀样。分别测定抗压强度，抗硫酸盐及碳酸盐侵蚀的能力。

3.1.4、在把水泥块放入腐蚀液中前和从腐蚀液中取出，分别称取其质量，查看其质量损失。

3.1.5、每一个过程留样分别作物相分析和微观分析，进行腐蚀机理分析。

3.1.6、通过各组实验试样的对比，确定聚合物在水泥中的最优抗蚀配比。

3.2、研究手段

(1)用扫描电镜观察沥青、石蜡改性水泥的微观形貌，以及硫酸盐、碳酸盐腐蚀后的微观形貌。

(2)用X射线衍射仪分析沥青、石蜡改性水泥的物相组成。

(3)用压汞仪测试水泥试样的孔结构;

(4)利用粒度分析仪测试各添加物的粒径。

4、选题的创新之处：

目前已有许多聚合物乳液(如苯丙乳液、纯丙乳液、乙丙乳液等) 用于水泥砂浆的改性，而采用沥青和石腊这两种聚合物对水泥砂浆进行改性的研究却相对较少。实验利用沥青和石腊高分子的熔胀性，在水泥水化过程中，沥青和石腊受外界刺激产生一定的熔胀从而填充水泥石的内部孔隙，提高水泥的密实度，达到提高水泥抗蚀性的目的。

5、预期研究成果：

沥青、石蜡与水泥混合成型后，一部分沥青、石蜡颗粒填充在水泥孔隙里，另一部分沥青、石蜡颗粒在一定外界条件影响下分散在孔中的液相中，当自由水完全被水化和蒸发消耗掉后形成膜。这两方面共同作用大大提高了水泥的密实度并阻止了腐蚀液与水泥浆体的接触，从而使水泥的抗蚀性能得到改善。

参考文献：

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地学前沿||《Geology》2021年第2期论文导读（下）

13

在古代的地质记录中，岩崩的描述相对较少，这可能是因为它们的保存潜力很低。在苏格兰西北部的Clachtoll，有一块与中元古代Stoer群的基底角砾岩相伴生的新太古代刘易斯片麻岩的巨型碎屑岩（100m 60m 15m），估计质量为243kt。与下伏基底片麻岩相比，巨型块体中的片理在次垂直轴上偏离了约90 ，并且被充满Stoer组红色砂岩的裂隙网络切割。巨块体顶部的层状碎屑裂隙填充物符合埋藏期间的被动沉积标准。侧面和底部的沉积物填充裂缝显示出与强力注入相一致的特征。该团队通过数值计算认为与裂谷相关的地震震动导致大块岩石落在未固结湿沉积物上的距离不超过15米。在冲击作用下，基底块体下含水砂层的超压和液化足以导致水压释放并向上注入泥浆。此外，不对称分布的结构记录了块体减速和停止时的内部变形。巨块与年轻的Stac Fada撞击事件无关，它代表了地球上已知的最古老的陆地岩崩特征之一。

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文献来源&原文链接

Geology (2021) 49 (2),180–184.

译者

中国地质大学（北京）@王天奇

14 北美中大陆裂谷内大型德卢斯杂岩的快速侵位

德卢斯杂岩（美国明尼苏达州）是地球上最大的基性侵入杂岩之一。前人认为，约在1109 ~ 1084 Ma期间，劳伦大陆内部中大陆裂谷的岩浆作用和伸展活动使德卢斯杂岩侵位。相比于典型的由上涌的地幔柱减压熔融形成的大火成岩省的持续时间，德卢斯杂岩岩浆活动的持续时间更长，岩浆作用间隔也更长。但德卢斯杂岩的斜长岩和层状岩单元的高精度 206 Pb/ 238 U锆石年龄限制了这些单元在1096 Ma 左右，约1 m.y.（持续时间500 260 k.y.）的时间内快速侵位。岩石单元的古地磁数据与劳伦大陆的视极移路径对比结果也支持了这种观点。年代学确定大火成岩省的活动时间很短，代表快速的侵位过程，支持了岩石圈伸展与异常热上涌的地幔共存的假说。快速的岩浆脉动作用发生在板块纬向运动20 后，晚于最初的岩浆作用至少10万年。该研究提出了这样的可能，即上涌的地幔柱与移动的劳伦大陆岩石圈底部相遇，并通过“upside-down drainage”作用流向中大陆裂谷局部变薄的岩石圈。

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文献来源&原文链接

Geology ,(2021) 49 (2),185–189.

译者

南京大学@陈博洋

15 大陆根的形成

来自地震层析成像的新证据发现了一种独特的矿物结构，其仅限于古老大陆克拉通下的厚地幔岩石圈内，为形成地球地质 历史 中这些突出而有影响的特征提供了重要线索。橄榄石是地球上地幔的主要矿物，其弹性特性沿其三个晶体轴各不相同，并且塑性变形过程中单个橄榄石颗粒的优先排列会影响地震波传播的整体性质。面波层析成像显示，在地球的大部分区域，地幔岩石圈的变形使橄榄石晶体定向，其快轴位于水平面，但在克拉通大陆岩石圈根部约150 km处的深度居中，快速晶体学轴优先垂直对齐。由于克拉通根部的粘度很高，这种结构很可能是克拉通形成时的痕迹。上地幔石榴石-橄榄岩的地球化学和岩石学研究表明，克拉通地幔根因密度降低而趋于稳定，密度的降低是因为熔体的抽离发生在比抓取地幔橄榄岩捕虏体更浅的深度。从面波层析成像推断的矿物结构表明，融化-亏损事件后的水平缩短使亏损带向下形成较厚的大陆根，通过纯剪切在垂直方向拉伸了亏损物质，并使橄榄石快速结晶学轴成为垂向排列。地震学手段发现的这种在约150 km深度处的矿物结构是形成克拉通根的缩短事件的证据。

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Geology ,(2021) 49 (2),190-194.

译者

CUGB@唐演

16 论克拉通的破坏趋势

该研究表明，由于沿克拉通边缘的地幔流的作用，俯冲板块可能导致岩石圈移动。这个过程会雕刻和重塑克拉通，影响岩石圈整体稳定性。该研究利用三维地球动力学模拟探究了俯冲驱动的定向流与不同形状的克拉通岩石圈之间的相互作用，认为边缘形状不仅控制着克拉通周围流动通道的形成，而且控制着克拉通的破坏潜力。模拟结果表明，所有克拉通形态都有助于形成流动通道，但平直边缘的克拉通抗变形能力最强，边缘逐渐加厚的克拉通抗变形能力较弱。边缘形状的控制下，克拉通岩石圈沿着其边缘逐步消解，直到形成更稳定的平直边缘。

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Geology, (2021) 49 (2),195–200.

译者

南京大学@陈博洋

17

高压矿物记录了通常难以保存在地壳的地质过程。莱氏石是锆石的一种可淬火的多型矿物，其形成在冲击压力大于20GPa的条件下。然而，不管是经验的、实验的还是理论上对其形成形成的具体机制均存在争议。该文作者研究了35Ma前的切萨皮克湾撞击事件的远端溅射毯中一颗锆石中锆石—莱氏石的相变过程，发现莱氏石经历了多阶段的生长并且大约89%的锆石相变为莱氏石。该颗粒中存在两类莱氏石：（1）呈面状平行排列，且在阴极发光图像中呈暗黑色，及（2）在阴极发光图像中呈树枝状生长的莱氏石。前人文献中对前者已有过报道，而还未见有报道过树枝状莱氏石。作者进一步地提出了在大于40GPa的条件下莱氏石的两阶段生长模型：首先，在冲击压缩阶段，剪切应力导致层状莱氏石的形成，之后在高压下通过重结晶作用形成树枝状莱氏石。在淬火之前，树枝状的莱氏石从片理面开始生长，并替换临近的被破坏的而呈非晶态或中间态的锆石。该文研究结果为陨石撞击过程中微秒尺度下的高压多型转变所伴随的微结构演化对莱氏石稳定性的影响提供了新的见解。此外，作者基于莱氏石的形成条件提出树枝状的莱氏或许可以作为远端溅射毯的标志。

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Geology, (2021)49(2),201-205.

10.1130/G47860.1.

译者

小爪爪

18

地幔柱和洋脊相互作用形成岩浆持续喷发时间最长的大火成岩省

大火成岩省（Large igneous provinces, LIPs）通常由一次或多次持续1-5 Ma的短时岩浆脉冲（火山活动）形成。该团队对Kerguelen（凯尔盖朗）大火成岩省主要建造期的火山岩（白垩纪Kerguelen的南部和中部，Elan Bank和Broken Ridge）开展Ar-Ar定年分析，获得25组 40 Ar/ 39 Ar坪年龄。定年结果显示Kerguelen大火成岩省的火山活动大约从ca.122 Ma持续至90 Ma，活动时间超过32 Ma，表明Kerguelen大火成岩省记录了持续时间最长的高岩浆通量的侵位事件，并且Kerguelen大火成岩省是火山活动持续最长的大火成岩省。该研究认为Kerguelen大火成岩省与其他火山活动持续时间短或经历多次喷发事件的大火成岩省不同，Kerguelen大火成岩省是通过地幔柱和洋中脊长期相互作用而形成，通过洋中脊的跳跃，慢速扩张及迁移，将岩浆产物从喷发中心转移出去，并导致长期持续的岩浆活动。

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Geology,(2021)49(2),206-210.

https:// 10.1130/G47850.

译者

NJU@哈哈宇

19

加利福尼亚州死亡谷Ubehebe火山口干火成碎屑沉积物的软沉积变形

软沉积变形构造在细粒火成碎屑沉积物中较为常见，并且经常伴随其他特征一起指示沉积物处在潮湿和具有粘性的状态下。Ubehebe爆发火山锥的火山口（美国加利福尼亚州的死亡谷）的沉积物是通过多次火山爆发形成的。这些爆发有的直接来自火山碎屑涌动，也有作为局部颗粒流从陡坡上再活化的新鲜、富含细灰的沉积物。除了软沉积变形构造本身外，没有其他湿沉积的现象。该团对的结论是，变形是孔隙-气体压力和干内聚力的升高情况下新鲜的细粒沉积物失稳的结果。仅软沉积变形不足以确定是否母源火山碎屑岩流含有液态水并导致地层湿沉积。

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Geology,(2020)49(2), 211-215.

译者

中国地质大学@徐睿

20 东加利福尼亚剪切带的焦糖奶油流变结构

自从美国加利福尼亚莫哈维沙漠（Mojave Desert）1992年里氏震级7.3级Landers地震和1999年里氏震级7.1级Hector矿地震发生至今，两次地震的震后变形得到广泛研究，硬地壳上覆在低速的地幔软流圈的模型受到了公认。然而，该团队新近发现，这两次地震后的近场地震后瞬变比之前认为的持续时间更长，这需要对震后模型进行修正。该团队基于修正后的震后瞬变的新模拟结果表明：（1）莫哈维地区下地壳的有效黏度在年际尺度上约为2 10 20 Pa·s，（瞬态粘度约为2 10 19 Pa·s），也就是说仅仅只是下覆地幔软流圈的5倍；（2）上地幔的瞬态黏度随时间而增加，这为频率相关的流变学（如Andrade或拓展的Burgers流变学）提供了新的大地测量学证据。第一年的瞬态流变学推断与2019年7月两次莫哈维地震事件以北180公里的Ridgecrest里氏震级6.4级和7.1级地震的瞬态流变学非常一致。该建模结果支持东加利福尼亚剪切带（太平洋-北美板块边界的一部分）的焦糖奶油流变结构模型，其中下地壳和上地幔在年际尺度均表现出延展性。

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Geology,(2021)49(2),216-221.

译者

南京大学@吉姆·雷诺

21 微生物硫酸盐还原在海底硫化物矿化初期的重要作用

当热液流体与周缘海水混合时便会形成海底热液矿床，通常我们认为其中的硫化物矿物沉淀是非生物成因的。基于在冲绳海槽中部（中国东海）的Izena Hole和Iheya North Knoll的大洋钻探，Tatsuo Nozaki等使用二次离子质谱法（SIMS）测定黄铁矿颗粒中的δ 34 S，结果表明海底硫化物矿化初期与微生物硫酸盐还原作用关系密切。在硫化物形成过程中，黄铁矿结构依次从草莓状变化到胶状最后发展为自形结构。草莓状黄铁矿中δ 34 S具有很高的负值（低至–38.9‰），而在胶状和自形结构黄铁矿中δ 34 S却向正值有规律的递增。硫同位素在海水硫酸盐（+ 21.2‰）和草莓状黄铁矿（–38.9‰）之间的分馏程度高达–60‰，这在开放系统中只能通过微生物硫酸盐还原来实现。由于草莓状黄铁矿通常被黄铜矿，方铅矿和闪锌矿所代替，因此草莓状黄铁矿可能是形成其他硫化物矿物的原始物质（核）。该研究得出结论，含有微生物还原硫的草莓状黄铁矿在海底硫化物矿化初期起着重要作用。

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Geology, (2021)49(2), 222–227.

译者

CAGS@张瑜

22 罗迪尼亚-冈瓦纳转变中华南地块从印度地块破碎分离

印度西北部和华南的拉伸纪晚期至寒武纪沉积地层为其古地理关联建模提供了重要证据，包括它们在罗迪尼亚超大陆转化为冈瓦那超大陆过程中的斜接及随后的分离。这两个地区拉伸纪晚期的沉积单元岩石地层和碎屑锆石U-Pb-Hf-O同位素特征的相似性都指出了（有着）共同的物源。800-700 Ma华南和印度西北部的锆石δ 18 O同位素值在从上地幔成分转变为亚地幔成分时的大幅下降以及锆石ε Hf(t) 值同时期的增加，表明了共同经历了新元古代拉伸岩浆事件，与罗迪尼亚超大陆解体的时间一致。沉积物源在成冰纪发生了显著变化。印度西北部边缘新元古代剩余的沉积物包括大量以古老锆石年龄为主、来自印度克拉通内部的碎屑。反而，华南扬子地区同时期的沉积单元以新元古代锆石为主。碎屑锆石年龄数据强调了罗迪尼亚超大陆构型中印度西北部和华南（扬子和华夏地区）之间密切的古地理关联，并验证了它们在成冰纪通过大陆裂谷而分离。印度西北部发育被动大陆边缘，而华南地块则沿冈瓦那边缘部分裂解、旋转并向印度东北部和西澳大利亚右行迁移，以至于华夏地块仍然在接受来自冈瓦纳大陆的碎屑。

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Geology,(2021)49(2),228–232.

译者

袁梦

23 劳亚大陆东缘阿巴拉契亚山脉的碎屑锆石组成

沿劳亚大陆东部边缘，从纽芬兰（加拿大）到阿拉巴马（美国）八个地区的最新碎屑锆石U-Pb数据汇编显示，其沿走向具有非常相似的特征，仅存在微小的局部变化。这些样品来自亲劳亚大陆的沉积岩和变沉积岩，时代跨度从新元古代-二叠纪。前寒武纪的碎屑锆石以约2.7 Ga的次要种群和约1.9-0.9 Ga的主要种群（峰值约为1.2-1.0 Ga）为特征。其碎屑锆石来自劳亚大陆太古宙地壳（约2.7 Ga）、古元古代造山带（约1.9-1.6 Ga）、Granite-Rhyolite省（约1.5-1.4 Ga），以及Elzevir地体和Grenville省（约1.3-0.9 Ga）。中元古代锆石种群的多寡取决于与不同物源区的距离，包括约1.5-1.4 Ga的Granite-Rhyolite省、约1245-1225 Ma的Elzevir地体和约1.2-0.9 Ga的Grenville省。中奥陶世锆石的数量沿走向而变化，其取决于Taconic造山带的输入，但在阿巴拉契亚山脉北部最多。由于碎屑锆石年龄沿走向的一致性， 7534个协和的碎屑锆石U-Pb数据的汇编可用于未来的U-Pb碎屑锆石研究，作为劳亚大陆东缘的物源指示。

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Geology, (2021) 49 (2),233–237

译者

哥斯达黎加的61

编辑&校对：覃华清

空气中硫化氢的检测方法，都有那些？

BH-4S四合一气体检测仪

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