硅铁灼烧恒重后增重的原因

氧化反应和吸湿。

1、首先硅铁灼烧恒重后，其中的硅和铁与空气中的氧气发生氧化反应，生成硅酸铁和二氧化硅等氧化物，这些氧化物的质量会增加硅铁的重量。

2、硅铁具有一定的吸湿性，当灼烧恒重后，会吸收空气中的水分，这些吸湿的水分会增加硅铁的重量。

进入到大气中的硫最终溶解在水滴中,通过降雨、降雪又将这些硫带回到海洋中 (一部分降落在陆地上的硫通过地下水与地表水的活动最终仍流入海洋),陆地植物的直接吸收也能从大气与水体中转移出一部分硫并将它转化成对生物有用的形式。除了大气运动的硫以外,硫也可以硫酸的形式通过岩石圈进行运动而合并到海底沉积岩中;当硫酸盐岩被风化时,将 释放到陆地生物圈中,但这一部分的循环是很慢的,每年增加到整个陆地中获得的量约为陆地总获得量的8%。

1煤的硫同位素组成与燃烧过程

燃煤实验研究表明,释放出的SO2 气体的硫同位素组成相对富集32 S,而燃煤的余烬(炉渣)中的硫与原煤的δ34 S值比较接近。相对于煤和烟气中的 SO2 ,在燃煤过程中排出的烟尘颗粒物明显富集34S。如煤的δ34S为-639‰,颗粒物的δ34S 可达-215‰。燃煤过程中硫同位素分馏规律可根据煤的硫同位素组成预测释放产物的硫同位素组成的演化方向。由于SO2 气体和颗粒物在大气环境中的滞留时间、传输距离和所参与的物理、化学和生物作用不同,将以不同的方式和贡献对地球环境质量产生影响。不同物质的硫同位素标记可跟踪它们的运动、识别它们的影响。

中国15省区统配煤矿和一些重要煤矿煤样的研究表明,长江以北地区煤的平均含硫量为077‰,煤中总硫的δ34S值平均为+386‰;长江以南地区煤的平均含硫量约为171‰,δ34S值平均为-32‰。这说明,中国北方煤以相对重硫与含硫量低为特征,南方煤的硫相对较轻并具高硫含量 (中国科学院地球化学研究所,1998)。

2水体硫同位素地球化学

长江与黄河干流可溶性 的浓度及其硫同位素组成如图7-27、图7-28所示。图7-27说明,从上游至下游黄河水 浓度变化范围大,为75～108mg/L,平均为810mg/L; 的δ34S值的变动范围也相当显著,但均在正值范围内,为+357‰～+111‰,平均值为+844‰;黄河水中 的δ34S值与 浓度间几乎呈线性关系。而长江水 的浓度变化范围较小,为167～284mg/L,平均为205mg/L; 的δ34S值变动于-347‰～+594‰之间,平均值为+225‰;长江水中 的δ34S值与 浓度之间没有明显的相关性。

图7-27 黄河与长江水体硫同位素组成

(据中国科学院地球化学研究所,1998)

地球化学

(据中国科学院地球化学研究所,1998)

与世界一些主要大河的δ34 S值比较,黄河可能属于全球具有最高δ34 S平均值的大河,而长江则属于具有最低的δ34 S 值的大江。由此揭示由西向东流经中国大陆中部南、北两条大河,在 浓度和δ34S这两个指标上,具有明显的地球化学分异:黄河水以富集重硫同位素为特征,具有很高的 浓度;长江水以富集轻硫同位素为特征, 浓度较低。

黄河具有范围较宽且较重的硫和高的 浓度,除应考虑黄河流域近十年来长期处于干旱状态外,更主要的是表明黄河有特殊的成因环境和硫的来源。图7-28 显示了黄河干流水体 的δ34S值、 浓度和含沙量的沿程变化情况。随着环境条件的改变,它们出现不同的变化:大致在龙羊峡以上的黄河上游河段,黄河穿行于海拔3000～4000m的青藏高原东北缘高山草甸、高寒草原地区,沿途两岸多湖泊、沼泽和草滩,地面植被覆盖好,黄河含沙量小。玛曲、循化河段平均 浓度为128mg/L,平均δ34S值为358‰,为黄河中 浓度最低、δ34S值最小的河段,但仍比长江及世界其他大河的δ34 S值偏高。它可能反映黄河上游地区由于青藏高原隆起,气候逐渐干燥,原来广泛分布的古湖泊经历了蒸发量加大、盐分积累,形成的盐湖蒸发岩成为上游黄河 离子的主要来源。从龙羊峡以下至三门峡,进入黄河中游地区,黄河水的 浓度和δ34S值均发生显著地增高、增重。这种增高、增重是渐进、累加的过程,反映了区域内不同成因环境和硫来源对黄河的综合影响。黄河在循化以下进入黄土覆盖区,水中 浓度和δ34S值出现第一次明显的增高和增重,在靖远、中卫和青铜峡三个点的平均 浓度和δ34S值分别达到 67mg/L和+711‰;由青铜峡到河口镇,黄河沿鄂尔多斯高原的西北和北部边界流动,并依次通过毛乌素沙地、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠边缘,气候干燥、河水蒸发量大,加上沙漠风沙及该段流域内蒸发岩的影响,黄河水的 浓度和δ34S值进一步增高增重,如磴口和河口镇两断面的平均 浓度和δ34S值分别为932mg/L和+847‰;黄河由河口镇拐入晋陕峡谷,进入黄土高原严重侵蚀地区,随着黄河含沙量的急剧增高,黄土中的可溶性硫酸盐对黄河水进一步发生影响,黄河水的 浓度和δ34S值在很高很重的基础上再次增高增重,在吴堡和壶口段已分别达到 100mg/L 和+913‰,到了龙门和三门峡更进一步分别达到105mg/L和+111‰,成为全黄河中 浓度和δ34S值最高最重的河段。黄河出三门峡以后经孟津进入黄河下游,以后黄河干流被人为地约束在黄河大堤之间,成为一种特殊的泥沙沉积环境,由此黄河水继续保持中、上游形成的高 重同位素组成的特征流入渤海。另外,三门峡以下黄河水的δ34S值有稍许逐渐变轻的趋势,这种现象是否由于黄河泥沙在下游的大量沉积过程引起了硫同位素分馏作用,还有待进一步研究。

综上所述由于青藏高原大幅度隆起,我国西北地区的气候发生了日趋干燥的重大变化,相继出现了沙漠化、黄土堆积和高含沙量等重大地质过程。对这类环境变化敏感的硫元素地球化学循环,向着富集 和重硫同位素组成的方向进行,造成黄河成为一条具有高 含量和重硫同位素的世界级大河。被秦岭相隔的长江与黄河形成显著的地球化学分异,长江流域和黄河流域成为中国两类不同的硫地球化学系统。

以两河流域为代表的中国北方和南方自然环境的差异,以及北方和南方工业和民用煤的硫含量和硫同位素有明显区别,直接影响中国南北方大气降水的硫同位素组成。表7-9 列出中国南、北方大气降水硫酸根的硫同位素组成,似乎成一种分异格局:在长江以南地区,由拉萨经贵阳往深圳地区,雨水相对富集32 S;与此对照的是,在长江以北地区,由乌鲁木齐经北京往哈尔滨地区,大气降水的δ34 S 值均为正值,相对富集34 S。这可能是由于我国南、北方在生物、土壤、地貌、农作物、气候等方面均有较大差异,对地表环境中挥发性硫化物的生成、释放及硫同位素分馏过程产生不同影响;另一方面作为工业和民用主要燃料,北方主要煤矿的煤以较低的含硫量和较大的δ34 S 值为特征,而南方产的煤则以较高的含硫量和较小的δ34 S 值为特征。考虑到煤炭是我国的主要能源,南北方煤的硫同位素组成特征及燃煤过程中发生的硫同位素分解效应可能是造成南、北方大气降水硫同位素组成差异的另一原因。

表7-9 中国南、北方大气降水硫同位素组成

(据中国科学院地球化学研究所,1998)

作为地球表面系统和大气之间物质交换的结果,大气降水的硫同位素组成还表现出季节性的波动规律。图7-29 是在贵阳地区从 1987年1月至 1989年12月三年间连续采集150 个较大体积雨样的硫同位素组成的测定结果。

图7-29 贵阳地区雨水的硫同位素组成

(据中国科学院地球化学研究所,1998)

降雨的两个重要特征:第一,在全年所有各次降水中,雨水的δ34 S值均为负值,全年降水均以富集轻硫同位素为特征;第二,雨水的δ34 S呈现规律的波动性或连续的季节性变化。由每年1月或2月时的δ34 S值的最大值逐渐减少,在7月、8月时达到最小值,然后又逐渐增大。从季节上看每年冬春两季,即大约 10月至次年4月期间,雨水的δ34 S值较大,连续三年冬春季雨水δ34 S值的平均值分别为-308‰、-249‰、-510‰,最大值一般出现在1月或2月;在夏秋季,即5月至10月期间,雨水δ34 S平均值较小,连续三年夏秋季雨水δ34 S平均值分别为-578‰、-670‰、-808‰,最小值通常出现在7月或8月。冬春季雨水δ34 S值平均较夏秋季的大33‰ (中国科学院地球化学研究所,1998)。

雨水δ34 S值的季节性波动现象,在加拿大大湖区也被发现。由图7-30 可见在加拿大大湖区的城区、乡村和边远地区,雨水也是夏秋季相对冬春季富集轻硫同位素,每年7月或8月也是雨水最富集轻硫同位素的季节。但显著不同的是,大湖区雨水的δ34 S值均为正值,雨水硫同位素组成的季节性波动是在全年降水均以富集重硫同位素的背景下发生,与贵阳及临近地区的背景条件正好相反。贵阳地区和大湖区雨水δ34 S季节性波动的共同规律提示:除了局部地区性因素之外,还存在某种全球性共同因素,导致大气降水的硫同位素组成形成相似的波动规律。

图7-30 加拿大大湖区雨水硫同位素组成

(据中国科学院地球化学研究所,1998)

这种全球性因素很可能是硫的天然生物源,在地表还原条件下,硫酸被微生物作用发生的硫同位素分馏,导致生物成因硫化物富集轻硫同位素。地表各种还原性环境,如海洋沉淀物、湖泊沉淀物、沼泽湿地等都是挥发性硫化物的天然释放源;近年来研究发现,水稻田也是甲烷和挥发性硫化物的生成、转化和释放的良好环境。中国西南地区水稻生长期大体上为 5月到 10月,与该地区大气降水特别富集轻硫同位素在时间上正好一致。

因此,大气圈下层的硫主要取决于地—气系统中硫的交换,地面上的生态活动特别是人类的生产、生活活动在很大程度上影响着它的含量及同位素组成 (中国科学院地球化学研究所,1998)。