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近些年来由于人类活动活动的影响,大量重金属元素(如Zn等)被排放到环境中,土壤质量受到严重破坏。Zn作为一种生命所必须的微量营养元素,适量的Zn有利于生物的生长发育,而过量的Zn则具有毒性,研究Zn的生物地球化学循环显得尤为重要。铁锰结核其中的锰矿物相由于其结构高度的缺陷性及氧化还原特性,具有非常高的表面活性,并且其广泛分布于土壤中,因此其强烈影响重金属元素Zn的迁移性及生物有效性。近些年来随着MC-ICP-MS的技术的发展使得精确测量样品中Zn同位素组成成为可能,随之发展起来的Zn稳定同位素技术可以帮助示踪和量化各种源和生物地球化学过程。本文选取水钠锰矿及钙锰矿分别作为层状锰氧化物和隧道锰氧化物代表矿物,研究Zn同位素在其表界面的吸附分馏行为及其微观机制。宏观实验结果表明,Zn在钙锰矿表面吸附随pH的增加而增加,在低pH条件下(ie.,pH <6)钙锰矿会发生溶解,并且其吸附受离子强度影响较大;而对于水钠锰矿,其结构在整个pH边范围内(3 <pH <9)稳定,且受离子强度影响小。同位素结果表明,Zn同位素在水钠锰矿和钙锰矿表面的分馏行为存在明显差异。在水钠锰矿表面,Zn同位素分馏随pH变化明显:在低pH条件下吸附相明显富集轻Zn同位素,而在高pH条件下分馏不明显;而对于钙锰矿样品,Zn同位素在整个pH边范围内分馏均不明显。EXAFS结果表明,Zn在钙锰矿表面以外圈吸附为主,相较于水溶态Zn其结构无明显变化;而在水钠锰矿表面Zn则会形成类似于黑锌锰矿的六配位结构,相较于水溶液态其键长增大。传统稳定同位素分馏假说认为:同位素分馏达到平衡时,重的同位素倾向于富集在键强较强的物相中。一般而言键长越短,键强越强。综上,我们认为Zn同位素在钙锰矿表面以外圈络合为主,无明显分馏产生;而Zn在水钠锰矿表面生成黑锌锰矿类似物,键长变大,导致固相富集轻Zn同位素。本文将Zn同位素在不同锰矿界面产生差异性分馏的现象与Zn表面络合微观结构联系起来,为我们解释Zn同位素在地球表层系统中的分配提供了重要思路。