2025年大學(xué)《自然地理與資源環(huán)境》專業(yè)題庫——地球化學(xué)在環(huán)境中的物質(zhì)循環(huán)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。在每小題列出的四個選項中，只有一項是最符合題目要求的。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)。）1.下列哪項不屬于影響水溶液中某元素（M）溶解度的主要地球化學(xué)因素？A.溶液的pH值B.溶液中M的初始濃度C.溶劑（水）的離子強度D.沉淀物（如氫氧化物、碳酸鹽）的飽和度2.在地球化學(xué)研究中，利用不同同位素之間天然存在的微小質(zhì)量差異進行示蹤或測年，這種方法主要基于：A.同位素間的化學(xué)性質(zhì)完全相同B.同位素間的物理性質(zhì)完全相同C.同位素原子核的質(zhì)子數(shù)不同導(dǎo)致核外電子排布差異D.同位素原子核的中子數(shù)不同導(dǎo)致原子質(zhì)量差異3.下列哪個同位素系統(tǒng)常被用于測定地表水、土壤水或植物體內(nèi)水分的年齡？A.碳-12/碳-13B.氧-16/氧-18C.氘/氚（H-2/H-3）D.鈾-238/鉛-2064.生物地球化學(xué)循環(huán)中，哪個元素的循環(huán)過程與人類活動引起的溫室效應(yīng)最直接相關(guān)？A.磷（P）B.鉀（K）C.碳（C）D.鐵（Fe）5.在河流的地球化學(xué)過程中，下列哪個現(xiàn)象最能體現(xiàn)水-巖相互作用對河流化學(xué)成分的影響？A.河流溶解了大氣降水中的二氧化碳B.河水滲入河床沉積物中導(dǎo)致鹽度降低C.河流沖刷流域巖石，將溶解物質(zhì)帶入水體D.河流蒸發(fā)導(dǎo)致鹽分濃縮6.某地土壤中重金屬含量超標(biāo)，研究表明其來源既有自然背景，也有工業(yè)污染。利用鉛的同位素組成（如2??Pb/2??Pb,2??Pb/2??Pb）可以輔助判斷污染來源的主要依據(jù)是：A.自然來源的鉛同位素組成相對穩(wěn)定B.不同人為來源（如不同礦區(qū)、不同工業(yè)類型）的鉛同位素組成具有特征性差異C.鉛同位素在環(huán)境介質(zhì)中遷移率很高D.鉛同位素半衰期長，不易衰變7.地球化學(xué)中的風(fēng)化作用主要指的是：A.地表巖石在溫度、濕度等自然因素作用下發(fā)生崩解破碎的過程B.攜帶化學(xué)物質(zhì)的河流、冰川等對地表的侵蝕過程C.巖石在水、氣、生物作用下發(fā)生化學(xué)成分改變的過程D.地殼內(nèi)部巖漿活動導(dǎo)致巖石形成的過程8.在湖泊沉積物中研究古代大氣降水的pH變化，常用的地球化學(xué)指標(biāo)是：A.沉積物中的有機碳含量B.沉積物中碳酸鹽（如方解石）的含量或同位素組成（δ13C）C.沉積物中的重金屬含量D.沉積物中的總磷含量9.地球化學(xué)動力學(xué)研究的是：A.地球化學(xué)元素在空間上的分布格局B.地球化學(xué)元素隨時間變化的規(guī)律C.地球化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化的速率和機理D.地球化學(xué)同位素組成的特征10.某研究區(qū)域存在地下水污染問題，調(diào)查發(fā)現(xiàn)污染物（如硝酸鹽）濃度在流經(jīng)特定含水層段后顯著升高。從地球化學(xué)角度分析，最可能的解釋是：A.污染物在含水層中發(fā)生了物理吸附B.含水層內(nèi)部發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，促進了污染物轉(zhuǎn)化C.含水層中存在對污染物具有強吸附能力的礦物D.污染物在含水層中發(fā)生了生物降解二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.地球化學(xué)中的“地球化學(xué)障”是指能夠顯著阻礙某些元素或離子遷移的界面或區(qū)域。2.穩(wěn)定同位素分餾的質(zhì)量效應(yīng)和動力學(xué)效應(yīng)是導(dǎo)致同位素比率發(fā)生變化的兩個主要物理化學(xué)原因。3.生物地球化學(xué)循環(huán)通常包含輸入、輸出、生物富集和地質(zhì)儲存等基本環(huán)節(jié)。4.在水溶液地球化學(xué)中，活度（a）是更精確地表征離子有效濃度的物理量，它考慮了離子間的相互作用。5.放射性同位素的衰變率是恒定的，這一特性使其在地質(zhì)年代測定和環(huán)境示蹤中具有重要應(yīng)用。三、名詞解釋（每小題4分，共20分。請給出簡潔、準確的專業(yè)定義。）1.保守離子2.同位素地球化學(xué)3.水文地球化學(xué)循環(huán)4.元素有效濃度5.生物地球化學(xué)示蹤四、簡答題（每小題6分，共30分。請簡要回答下列問題。）1.簡述影響元素在土壤-水體系中遷移轉(zhuǎn)化的主要地球化學(xué)因素。2.簡述利用穩(wěn)定同位素進行環(huán)境示蹤的基本原理。3.簡述氧化還原條件（Eh）如何影響環(huán)境中鐵元素的化學(xué)形態(tài)及其遷移能力。4.簡述大氣沉降（干濕沉降）在區(qū)域乃至全球物質(zhì)循環(huán)中的地球化學(xué)意義。5.簡述地球化學(xué)方法在評估環(huán)境污染（如重金屬污染）來源方面的優(yōu)勢。五、論述題（每小題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題。）1.論述地球化學(xué)原理在理解河流生態(tài)系統(tǒng)健康中的重要作用，并舉例說明。2.試述生物活動在地球生物化學(xué)循環(huán)（以碳循環(huán)或氮循環(huán)為例）中的作用機制及其地球化學(xué)標(biāo)志。3.假設(shè)某流域面臨水體富營養(yǎng)化問題，請闡述如何運用地球化學(xué)調(diào)查方法（包括元素分析、同位素分析等）分析其氮磷污染來源和遷移路徑。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.C4.C5.C6.B7.C8.B9.C10.B二、填空題1.遷移2.質(zhì)量；動力學(xué)3.輸入、輸出、生物富集和地質(zhì)儲存4.相互作用5.衰變率三、名詞解釋1.保守離子：指在環(huán)境介質(zhì)（如水、氣、土）的遷移轉(zhuǎn)化過程中，其化學(xué)行為受其他組分影響很小，元素總量變化不大，能較好地反映水-巖-氣相互作用歷史的離子。2.同位素地球化學(xué)：研究同位素在地球系統(tǒng)中的分布、分餾、遷移和作用，并利用同位素組成差異解決地球科學(xué)問題的學(xué)科分支。3.水文地球化學(xué)循環(huán)：指水體（大氣水、地表水、地下水）作為介質(zhì)，驅(qū)動元素在地球不同圈層（大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈）之間遷移、轉(zhuǎn)化和循環(huán)的過程。4.元素有效濃度：指能夠被生物體吸收、利用或參與生物地球化學(xué)過程的元素濃度，通常低于總濃度，受溶解度、生物可給性、化學(xué)形態(tài)等因素控制。5.生物地球化學(xué)示蹤：利用生物體（或其產(chǎn)物）中元素或同位素組成的特征或變化，來追蹤環(huán)境物質(zhì)的來源、遷移路徑、混合比例、反應(yīng)過程或年齡等信息的地球化學(xué)方法。四、簡答題1.簡述影響元素在土壤-水體系中遷移轉(zhuǎn)化的主要地球化學(xué)因素。答：主要因素包括：（1）土壤溶液的化學(xué)性質(zhì)：pH值（影響元素水解、沉淀、吸附-解吸）、氧化還原電位（Eh）（影響元素氧化態(tài)）、離子強度（影響元素吸附和活度系數(shù)）；（2）土壤固體相的性質(zhì)：土壤礦物組成（影響吸附容量和選擇性）、有機質(zhì)含量和性質(zhì)（影響絡(luò)合、吸附和氧化還原）；（3）元素的地球化學(xué)性質(zhì)：元素的電負性、離子半徑、價態(tài)等（影響其溶解、吸附和反應(yīng)活性）；（4）水動力條件：水流速度、接觸時間等（影響反應(yīng)速率和程度）。2.簡述利用穩(wěn)定同位素進行環(huán)境示蹤的基本原理。答：基本原理是基于元素的同位素在自然過程中存在微小的質(zhì)量差異，導(dǎo)致它們在物理化學(xué)平衡、生物代謝和地質(zhì)作用中發(fā)生分餾（同位素比率發(fā)生變化）。通過測量環(huán)境樣品中特定元素的同位素比率，并與已知來源或參考標(biāo)準的同位素比率進行比較，可以推斷該物質(zhì)的來源、混合比例、遷移路徑、反應(yīng)過程或年齡等信息。3.簡述氧化還原條件（Eh）如何影響環(huán)境中鐵元素的化學(xué)形態(tài)及其遷移能力。答：Eh是影響鐵元素化學(xué)形態(tài)（價態(tài)）的關(guān)鍵因素。在還原性環(huán)境（Eh較低），鐵主要以二價鐵（Fe2?）形態(tài)存在，F(xiàn)e2?通常易溶于水，遷移能力強。在氧化性環(huán)境（Eh較高），二價鐵易被氧化成三價鐵（Fe3?），F(xiàn)e3?傾向于與氧、羥基等結(jié)合形成氫氧化物（如Fe(OH)?）或氧化物沉淀，這些沉淀物通常不溶于水，吸附能力強，導(dǎo)致鐵的遷移能力顯著降低。4.簡述大氣沉降（干濕沉降）在區(qū)域乃至全球物質(zhì)循環(huán)中的地球化學(xué)意義。答：大氣沉降是連接大氣圈與其他地球圈層（水圈、巖石圈、生物圈）物質(zhì)交換的關(guān)鍵途徑。它將大氣中的元素（如氮、磷、硫、碳、重金屬等）輸入地表系統(tǒng)。干沉降直接將氣體或氣溶膠顆粒物沉積到地表，濕沉降通過降水將溶解態(tài)或顆粒態(tài)物質(zhì)帶入水體和土壤。大氣沉降不僅是地表元素的重要輸入來源，也影響著水體的化學(xué)成分、土壤肥力、元素生物地球化學(xué)循環(huán)的通量，對區(qū)域和全球環(huán)境變化（如酸雨、營養(yǎng)鹽循環(huán)、氣候變化）具有重要影響。5.簡述地球化學(xué)方法在評估環(huán)境污染（如重金屬污染）來源方面的優(yōu)勢。答：地球化學(xué)方法的優(yōu)勢在于能夠利用元素本身的地球化學(xué)特征（如元素總量、元素比值、穩(wěn)定同位素組成、放射性同位素活度）來區(qū)分不同的來源。例如，不同礦產(chǎn)、不同工業(yè)過程排放的污染物其元素組成或同位素比值可能存在特征性差異，通過分析污染物的地球化學(xué)指紋，可以有效追蹤污染源，區(qū)分自然背景與人為污染，甚至判斷不同污染源的相對貢獻比例，為污染治理提供科學(xué)依據(jù)。五、論述題1.論述地球化學(xué)原理在理解河流生態(tài)系統(tǒng)健康中的重要作用，并舉例說明。答：地球化學(xué)原理是理解河流生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎(chǔ)。首先，河流的水化學(xué)特征（如pH、溶解氧、營養(yǎng)鹽濃度、重金屬含量等）直接反映了流域內(nèi)物質(zhì)循環(huán)過程和污染狀況，是評價水體質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)狀況的關(guān)鍵指標(biāo)。其次，地球化學(xué)過程（如水-巖相互作用、同位素分餾、生物吸收）控制著元素在河流中的生物有效性和遷移路徑，進而影響水生生物的生理活動和群落結(jié)構(gòu)。例如，通過分析溶解硅同位素（δ1?N,δ13C）可以追蹤河流氮、碳的來源和轉(zhuǎn)化過程，判斷外源輸入的貢獻；通過研究重金屬在沉積物和水體中的地球化學(xué)行為（形態(tài)轉(zhuǎn)化、吸附解吸），可以評估其生態(tài)風(fēng)險和遷移潛力。此外，地球化學(xué)方法（如年代測定）還可用于研究河流地質(zhì)歷史變遷及其對生態(tài)系統(tǒng)演替的影響。因此，運用地球化學(xué)原理可以深入揭示河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，為水環(huán)境保護和管理提供科學(xué)支撐。2.試述生物活動在地球生物化學(xué)循環(huán)（以碳循環(huán)或氮循環(huán)為例）中的作用機制及其地球化學(xué)標(biāo)志。答：以碳循環(huán)為例，生物活動是驅(qū)動碳在生物圈、大氣圈、水圈和巖石圈之間流動的關(guān)鍵。主要機制包括：（1）光合作用：植物等光合自養(yǎng)生物吸收大氣CO?，將其轉(zhuǎn)化為有機物，將碳固定在生物圈；（2）呼吸作用：生物體（包括生產(chǎn)者、消費者、分解者）將有機碳氧化分解為CO?釋放回大氣圈；（3）分解作用：分解者分解死亡的有機物，釋放CO?和CO?等無機碳。地球化學(xué)標(biāo)志體現(xiàn)在：①大氣CO?濃度和碳同位素組成（δ13C）的變化反映了光合作用固定CO?的速率和生物呼吸釋放CO?的速率差異；②海洋表層水的碳同位素組成（δ13C）反映了海洋浮游植物光合作用對CO?的吸收；③沉積物中的有機碳含量和同位素組成（δ13C）記錄了歷史時期生物活動對碳埋藏和大氣CO?的影響。以氮循環(huán)為例，生物活動同樣至關(guān)重要。機制包括：固氮作用（將大氣N?轉(zhuǎn)化為可利用的氮化合物）、硝化作用（氨氧化為硝酸鹽）、反硝化作用（硝酸鹽還原為N?或N?O釋放回大氣）。地球化學(xué)標(biāo)志體現(xiàn)在：①水體和沉積物中溶解無機氮（DIN，包括NO??,NO??,NH??）的濃度和組成（如NO??/NO??比值）反映了不同氮轉(zhuǎn)化途徑的強度；②氮同位素組成（δ1?N）的變化可以區(qū)分氮的來源（如大氣輸入、硝化作用、反硝化作用、有機物分解），以及不同轉(zhuǎn)化過程的分餾特征。例如，人類活動輸入的氮通常具有較低的δ1?N值，可以通過分析水體δ1?N變化來追蹤農(nóng)業(yè)面源污染或城市污水排放的影響。3.假設(shè)某流域面臨水體富營養(yǎng)化問題，請闡述如何運用地球化學(xué)調(diào)查方法（包括元素分析、同位素分析等）分析其氮磷污染來源和遷移路徑。答：運用地球化學(xué)方法分析富營養(yǎng)化氮磷來源和路徑通常包括以下步驟和指標(biāo)：①水體氮磷元素總量和形態(tài)分析：測定總氮（TN）、總磷（TP）以及溶解氮（DN）、顆粒氮（PN）、溶解磷（DP）、顆粒磷（PP）的濃度，區(qū)分硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮、有機氮、正磷酸鹽、磷酸鹽等形態(tài)。這有助于判斷是溶解態(tài)輸入為主還是顆粒態(tài)輸入為主，以及氮磷轉(zhuǎn)化階段。②同位素組成分析：測定水體溶解態(tài)氮（δ1?N-NO??,δ1?N-NH??）和溶解態(tài)磷（δ13P）的組成。δ1?N值可以區(qū)分不同來源：天然土壤有機質(zhì)分解（通常δ1?N值較低）、大氣沉降（通常具有中間或較高的δ1?N值）、農(nóng)業(yè)活動輸入（如化肥、動物糞便，δ1?N值變化較大，可指示特定來源）、污水排放（取決于處理程度和來源）。通過比較不同水體（如上游、下游、支流）或不同形態(tài)氮的δ1?N值變化，可以追蹤氮的遷移路徑和主要輸入源。δ13P值相對變化較小，但可用于區(qū)分不同類型的磷源（如生物成因磷vs.巖石風(fēng)化磷）。③沉積物地球化學(xué)分析：測定沉積物中總氮磷含量、氮磷形態(tài)、有機碳含量以及氮磷同位素組成（δ1?N,δ13P）。沉積物是氮磷的重要匯，分析其地球化學(xué)特征可以反映長期的輸入